Імовірнісний аналіз поширення втомних тріщин і граничного стану елементів конструкцій - Автореферат

Довговічність таких конструкцій, підрахована за сталої амплітуди навантаження істотно відрізняється від реальної довговічності і обчисленої з урахуванням послідовностей навантажування за змінюваної амплітуди. На граничний стан і довговічність деталей також істотно впливає невизначеність експлуатаційного навантаження, характеристик механічних властивостей аналізованого матеріалу та локальної геометрії елементу конструкції. Фрайбург, Німеччина) впродовж 2004-2006 рр., а також при роботі над держбюджетними темами: “Оцінка довговічності елементів конструкцій з алюмінієвих сплавів з тріщиною при нерегулярному навантаженні”(№ державної реєстрації роботи: 0104U010601), “Розробка методів оцінки довговічності при випадковому навантажуванні” (№ державної реєстрації роботи: 0100U000781), „Прогнозування впливу попереднього термомеханічного навантаження на квазікрихку міцність матеріалів корпусів атомних реакторів” (№ державної реєстрації роботи: 0106U000126), “Втомна міцність крупнозернистої сталі з мікроструктурно малими дефектами” (№ державної реєстрації роботи: 0105U008841), що виконуються в Тернопільському державному технічному університеті імені Івана Пулюя з 2005 року, згідно тематичних планів НДР МОН України, Державного фонду фундаментальних досліджень. При аналізі послідовності навантаження, розкиду параметрів навантажування, характеристик механічних властивостей, геометрії елементів конструкцій та розміру тріщини застосовували основні положення математичної статистики та теорії ймовірності. Отримано статистичні розподіли кінцевих довжин тріщин при заданій кількості циклів навантаження і функції розподілу довговічності елементу конструкції крила транспортного літака за експлуатаційної послідовності навантаження для наперед заданої критичної довжини тріщини.Проаналізовано основні підходи до оцінки рівноважного стану і ймовірності руйнування елементів конструкцій з тріщинами за випадкового навантаження та прогнозування росту втомних тріщин за нерегулярного навантаження. Аналіз наукових праць вказує, що, незважаючи на їх велику кількість імовірнісні підходи до оцінки граничного стану і довговічності елементів конструкцій із тріщинами з урахуванням розкиду властивостей матеріалу, прикладеного навантаження, форми і розмірів дефекту та геометрії конструкції надто мало розвинуті і вимагають широкого впровадження у реальну практику розрахунку реальних інженерних споруд і конструкцій. У другому розділі подано функції розподілу, які застосовували для опису характеристик механічних властивостей матеріалу, параметрів прикладених навантажень, геометрії конструкції та розмірів тріщини. Наведено методики статистичної обробки параметрів циклічної тріщиностійкості і створено відповідне програмне забезпечення, в тому числі для перевірки гіпотези про розподіли параметрів механіки руйнування за критерієм Андерсона - Дарлінга. вязкість руйнування; 0,2 - умовна межа текучості; U - межа міцності; a - розмір тріщини; Kr - відношення КІН KI до вязкості руйнування матеріалу Kmat; Lr - відношення прикладених напружень до напружень, що спричиняють пластичну текучість матеріалу в конструкції з тріщиною.Запропоновано і обґрунтовано методику оцінки ймовірності руйнування елементів конструкцій з тріщинами на основі числового моделювання їх пружно-рівноважного стану з використанням двопараметричного критерію руйнування та врахуванням статистичних характеристик параметрів навантаження, механічних властивостей, геометрії конструкції та розмірів тріщин. Для обчислення ймовірності руйнування використовували метод Монте-Карло, який інтерпретує інтеграл ймовірності руйнування як середнє значення у стохастично організованому числовому експерименті: ймовірність руйнування Pf розраховували за формулою Pf=nf/ns, де nf - змодельована розрахунком кількість випадків руйнування, ns - загальна кількість проб. Припускали, що статична тріщиностійкість описується трипараметричним законом розподілу Вейбулла згідно з так званою концепцією „майстер кривих”, де значення вязкості руйнування Kmat = 91,0 МПАvм відповідало ймовірності руйнування 5%. Використовуючи ДОР, а також отримані функції розподілу, з використанням методу Монте-Карло обчислено ймовірність руйнування за позацентрового розтягу призматичних зразків завширшки W=40 мм, завтовшки t=19 мм з тріщинами завдовжки l=12,5-17,0 і прикладеному зусиллі 50 КН, а також ролика МБЛЗ з тріщиною. Крива оцінювання руйнування залежить тільки від властивостей матеріалу за статичного розтягу і є функцією від Lr: Імовірність досягнення граничного стану (руйнування) ролика МБЛЗ моделювали методом Монте-Карло (10 000 проб) для поверхневих півеліптичних тріщин завглибшки а в діапазоні 0,05D…0,2D.В дисертації вирішено актуальне науково-технічне завдання з розробки методик імовірнісного аналізу статичної міцності і підростання втомних тріщин в елементах конструкцій з урахуванням статистичних параметрів навантажування, механічних властивостей матеріалу, розмірів дефекту й локальної геометрії конструкції у їхньому застосуванні до

2. Основний зміст роботи