Деформаційні критерії моделей процесу руйнування для визначення параметрів статичної тріщиностійкості сталей. Розрахунок модельних напружень в рамках традиційної механіки матеріалів. Прогнозування міцності деталей машин на основі визначених критеріїв.
Аннотация к работе
Розрахунки на міцність базуються на класичних критеріях міцності чи методах лінійної механіки руйнування, в основу якої покладена концепція коефіцієнтів інтенсивності напружень (КІН), які визначають напружено-деформований стан (НДС) у вершині тріщини з малою протяжністю пластичних зон. Більш ефективними для вивчення процесів руйнування елементів конструкцій із сталей низької та середньої міцності є підходи нелінійної механіки руйнування, зокрема концепція критичного розкриття тріщини (КРТ), в основу якої покладено деформаційний критерій руйнування тіл з тріщинами. Найбільш відомою моделлю при розрахунках на міцність пружно-пластичних матеріалів є dc - модель Лєонова-Панасюка, яка передбачає експериментальне визначення критичного розкриття вершини тріщини d1с та напружень зчеплення s0. Розробити методики і встановити аналітичні залежності для визначення модельних напружень в рамках традиційної механіки матеріалів і напружень зчеплення в рамках нелінійної механіки руйнування та для апробації критеріїв руйнування узагальненої dc-моделі на випадок урахування розпушеної зони. Особливу увагу приділено підходам нелінійної механіки руйнування, зокрема концепції критичного розкриття тріщини, в основу якої покладено деформаційний критерій руйнування тіл із тріщинами; показано переваги цих підходів.Запропоновано експериментально-аналітичний підхід для достовірного визначення деформаційних характеристик статичної тріщиностійкості середньо та низько міцних сталей в рамках відомих модельних підходів з метою коректного прогнозування міцності деталей машин. Розроблено теоретично обґрунтовані експериментальні методики визначення розкриття вершини тріщини та напружень зчеплення s0 в рамках dc-моделі і узагальненої dc-моделі для силових схем триточкового згину балки і розтягу смуги з боковою тріщиною. Досліджено вплив координат точок вимірювання зміщень берегів тріщини, їх пружної складової і коефіцієнту повороту на результати розрахунку розкриття вершини тріщини. На підставі аналізу результатів експериментальних досліджень розкриття вершини тріщини і оцінки емпіричних виразів для його розрахунку запропоновано уточнення положення ГОСТУ для визначення цього параметру в пластичних матеріалах в усьому діапазоні прикладених навантажень. Встановлено збіжність значень модельних напружень s0мод, отриманих в рамках традиційної механіки матеріалів, і напружень зчеплення s0 за допомогою запропонованого підходу в рамках механіки руйнування при до критичному рівні навантаження як за dc-моделлю, так і за узагальненою моделлю.
Вывод
Запропоновано експериментально-аналітичний підхід для достовірного визначення деформаційних характеристик статичної тріщиностійкості середньо та низько міцних сталей в рамках відомих модельних підходів з метою коректного прогнозування міцності деталей машин.
Розроблено теоретично обґрунтовані експериментальні методики визначення розкриття вершини тріщини та напружень зчеплення s0 в рамках dc-моделі і узагальненої dc-моделі для силових схем триточкового згину балки і розтягу смуги з боковою тріщиною. Отримано достовірні значення визначених параметрів досліджуваних сталей на основі аналізу і порівняння з результатами, розрахованими за аналітичними і емпіричними залежностями. Досліджено вплив силових схем навантаження, масштабного фактору, механічних характеристик сталі 40Х на параметри s0 і .
Досліджено вплив координат точок вимірювання зміщень берегів тріщини, їх пружної складової і коефіцієнту повороту на результати розрахунку розкриття вершини тріщини. Показано домінуючий вплив на розкриття тріщини в пружно-пластичних матеріалах пластичної складової зміщень її берегів.
На підставі аналізу результатів експериментальних досліджень розкриття вершини тріщини і оцінки емпіричних виразів для його розрахунку запропоновано уточнення положення ГОСТУ для визначення цього параметру в пластичних матеріалах в усьому діапазоні прикладених навантажень. Це дозволяє зменшити розсіювання результатів і підвищити точність розрахунку деформаційної характеристики .
На основі порівнянь енергій деформування істинної та модельної діаграм отримано аналітичні залежності для визначення модельних напружень s0мод. Встановлено збіжність значень модельних напружень s0мод, отриманих в рамках традиційної механіки матеріалів, і напружень зчеплення s0 за допомогою запропонованого підходу в рамках механіки руйнування при до критичному рівні навантаження як за dc-моделлю, так і за узагальненою моделлю. При максимальному зусиллі значення параметру s0 за узагальненою моделлю залишаються на рівні модельних напружень, а за dc-моделлю - стають нижчими границі текучості.
Проведено апробацію деформаційного критерію руйнування крихких тіл узагальненої деформаційної моделі на компактному зразку із силікатного скла. Встановлено, що напруження зчеплення s0, визначені за dc-моделлю і за узагальненою моделлю, для силікатного скла відрізняються на 34%.
Розроблено деформаційний критерій руйнування крихких тіл із щілинами, побудований на основі повної діаграми деформування з урахуванням зони розпушення. В рамках критерію отримано співвідношення, котре дає результати, які узгоджуються для щілин і для тріщин із експериментом.
Встановлено, що температурна залежність деформаційної характеристики може служити оцінкою схильності досліджуваних матеріалів до окрихчення поряд із 50%-ю рівністю крихкої і пластичної складових зламу зразка.
Апробація результатів отриманих деформаційних параметрів підтверджує правильність запропонованих підходів для визначення характеристик тріщиностійкості, що дозволяє коректно прогнозувати міцність елементів конструкцій.
Список литературы
Вплив низьких температур на статичну та динамічну тріщиностійкість матеріалів підіймально-транспортних механізмів / Пустовой В.Н., Зазуляк В.А., Ходань I.В., Штаюра С.Т. // Фіз.-хім. механіка матеріалів .- 1990.- №6. - С. 80-84.
Панько І.М., Зайдель Б.М., Штаюра С.Т. визначення тріщинотривкості плоских пластин за - моделлю // Фіз.- хім. механіка матеріалів. - 1996. - №4. - С. 95-96.
Штаюра С.Т. Методика визначення деформаційних параметрів - моделі в середньо- та низькоміцних сталях // Фіз.- хім. механіка матеріалів.- 1998.- №2. - С. 123-124.
Андрейків О.Є., Зазуляк В.А., Штаюра С.Т. Оцінка методів визначення деформаційних параметрів - моделі пружно-пластичних тіл // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 1998. - №3. - С. 115-117.
Андрейків 0.Є., Панько І.М., Штаюра С.Т. Деформаційна модель квазікрихкого тіла з гострокінцевими дефектами // Доп. НАН України. - 1999. - №6. - С. 48-53.
К вопросу об определении величины критического раскрытия трещины / Зазуляк В.А., Хитров В.Н., Скальский В.Р., Рибицкий И.Б., Штаюра С.Т. // Тезисы докладов ІІІ всесоюзного симпозиума по механике разрушения "Трещиностойкость материалов и элементов конструкций". - Житомир. - 1990. - Ч. 1. - С. 79-80.
Андрейкив А.Е., Панько И.Н., Штаюра С.Т. Трехстадийная модель старта трещины в упругопластических материалах // Strength. Durability and stability of Materials and Struktures: Proc. Int. Conf. - Kaunas, 18-20. 09.1996. - Р. 43-47.
Андрейкив А.Е., Панько И.Н., Штаюра С.Т. Стадийность изменения механических свойств материала в момент старта в нем трещины // Тезисы докладов симпозиума "Синергетика. Самоорганизующиеся технологии, структура и свойства металлов". - М., 12-14.11. 1996. - С. 12.
Штаюра С.Т. Методологія визначення деформаційних параметрів - моделі матеріалів будівельних конструкцій // Матеріали II Міжнародного симпозіуму "Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій".- Львів- Дубляни. - 7-10.10. 1996, - С. 101-103.
Штаюра С.Т., Зазуляк В.А. Определение деформационных характеристик - модели упругопластических тел с помощью методов нелинейной механики разрушения // Труды ІХ конференции по прочности и пластичности. - Т. 2. -М.: Профсервис. - 1996. - С. 191-196.