Розробка методики оцінки тріщинотривкості квазікрихких і в’язких матеріалів. Розв’язок пружно-пластичних задач механіки руйнування на основі використання деформаційних моделей. Інженерні розрахунки для оцінки працездатності елементів конструкцій.
Аннотация к работе
Проте, існуючі методи оцінки тріщинотривкості конструкційних матеріалів за вязкістю руйнування К1с (Кс), а також критерієм dk - критичним розкриттям тріщини чи іншими критеріями механіки руйнування не завжди задовольняють потреби практики через складність в технічному виконанні, оскільки вимагають потужних випробовувальних машин та складної контрольно-вимірювальної техніки. Недостатньо ще теоретичних розробок стосовно вирішення пружно-пластичних задач з розвязками для квазікрихких і вязких матеріалів, де теоретичні основи лінійної механіки руйнування (ЛМР) не в стані описати процеси руйнування таких матеріалів з причини того, що біля вершини тріщини максимальний розмір пластично деформованої області часто співмірний з величиною дефекта - тріщиною. Мало також відомостей щодо моделювання процесу руйнування квазікрихких і вязких матеріалів з врахуванням формування та розвитку зон пластичності у деформівному матеріалі попереду вершини тріщини залежно від типу дослідного зразка, масштабного чинника тощо. Метою роботи є розробка теоретико-експериментальної методики оцінки тріщинотривкості квазікрихких і вязких матеріалів на основі розвязку пружно-пластичних задач механіки руйнування в рамках деформаційних моделей руйнування твердих тіл з тріщинами та врахування напружено-деформованого стану в зоні передруйнування. У публікаціях, написаних у співавторстві, здобувачеві належить: в роботі [3] - розробка підходу для визначення фактичного значення характеристики тріщинотривкості (К1с) за даними механічних властивостей матеріалу та значення Кс шляхом випробування малогабаритного циліндричного зразка; в роботі [4] - проведення досліджень міцності пришовної області зварних зєднань з врахуванням режимів термічного зміцнення, ролі масштабного чинника та визначення опору матеріалу поширенню тріщини у різних зонах пришовної області алюмінієвого сплаву 1420; в роботі [6] - розроблення деформаційної моделі тіла з тріщиною, виведення деформаційних критеріальних рівнянь в рамках цієї моделі та визначення розкриття тріщини для циліндра, послабленого зовнішньою кільцевою тріщиною; в роботі [7] - розроблення методики вимірювання критичного розкриття тріщини dk на циліндричному зразку з двома кільцевими тріщинами регламентованої глибини у матеріалі наплавок; в роботі [8] - одержання формули для підрахунку К1с як інваріантної характеристики тріщинотривкості матеріалу; в роботі [9] - проведення експериментів та оброблення даних втомних випробувань щодо оцінки довговічності циліндричних пружин; в роботі [10] - проведено дослідження щодо визначення К1с наплавленого матеріалу на циліндричних зразках з кільцевими канавками для наплавлення; в роботі [11] - формулювання формули винаходу (патенту) щодо визначення параметра К1с на малогабаритному циліндричному зразку з кільцевою тріщиною для оцінки тріщинотривкості квазікрихких і вязких матеріалів, а також обробки даних експериментальних досліджень.Виходячи з повної діаграми розтягу, яка має три характерні ділянки: I - пружну, II - ділянку пластичного деформування, III - ділянку розпушення, де відбувається процес утворення та росту мікротріщин, а також на підставі даних фізичної теорії міцності і руйнування матеріалів, нижче пропонується нова модель тіла з тріщиною, в якій на відміну від відомої узагальненої dk-моделі вважається, що упродовж навантаження напруження у вершині тріщини рівні нулю, а змінюються лише розміри зон розпушення та пластичного деформування і величина напружень s0 Тобто характеристиці ecl - максимальному значенню відносної деформації в момент повного руйнування на діаграмі s - e відповідає характеристика dcl - критичне розкриття вершини тріщини при граничній рівновазі, а характеристиці ec - критичному значенню відносної деформації в момент вичерпання матеріалом пластичності відповідає характеристика dc - критичне розкриття модельної тріщини при x = ls тобто на стику зон розпушення та пластичного деформування. Тут перше рівняння характеризує розкриття вершини тріщини при досягненні прикладеними напруженнями критичного значення (p = p*); друге рівняння є розкриттям модельної тріщини на межі ділянки розпушення і пластичного деформування, а третє - дає умову обмеженості напружень на межі зони передруйнування. В рамках запропонованої моделі для скінчених тіл використано метод еквівалентних напружених станів, сформульований раніше для розвязку задач в рамках dk-моделі; при цьому для визначення розкриття тріщини в околі її вершини достатньо мати розвязок для розкриття тріщини та коефіцієнта інтенсивності напружень базової задачі і коефіцієнта інтенсивності напружень для скінченого тіла. Отже, запропонована модель тіла з тріщиною та деформаційні критерії руйнування і приклади вивчення напружено-деформованого стану в обмежених тілах з тріщинами дають можливість визначати характеристики тріщинотривкості для конструкційного матеріалу з заданими фізико-механічними властивостями при наявності ефективної методики вимірювання критичного розкриття тріщини dk.Розроблено теоретико-експери