Влияние сжимающей части цикла знакопеременного нагружения на усталостную долговечность элементов металлических конструкций - Автореферат

Для достижения поставленной в работе цели необходимо решить следующие задачи: 1) Изучить закономерности перераспределения напряжений в окрестности вершины трещины при различных коэффициентах асимметрии цикла регулярного знакопеременного нагружения. 2) Исследовать закономерности влияния величины сжимающей части цикла знакопеременного нагружения на кинетику перераспределения активных и остаточных напряжений в окрестности вершины трещины и на скорость роста усталостных трещин (РУТ). 6) Усовершенствовать методику расчета долговечности элементов металлических конструкций, учитывающую наличие в расчетном сечении исходных технологических дефектов и макротрещин, период развития которых до критических размеров определяет срок службы конструкции, и влияние на их развитие величины сжимающей части цикла знакопеременного нагружения. 4) Усовершенствованная методика расчета долговечности элементов металлических конструкций, в сечениях которых возможно наличие исходных технологических дефектов и макротрещин, период развития которых до критического размера определяет срок службы конструкции, и влияние на их развитие величины сжимающей части цикла знакопеременного нагружения. 4) Усовершенствованная методика расчета долговечности элементов металлических конструкций, учитывающая наличие в расчетных сечениях исходных технологических дефектов и макротрещин, период подрастания которых до критических размеров определяет срок службы конструкции, и влияние на их развитие величины сжимающей части цикла знакопеременного нагружения.

1. Изучены закономерности перераспределения напряжений в окрестности вершины трещины при знакопеременном нагружении. Установлено: - в процессе снижения внешней растягивающей нагрузки при относительной величине текущей нагрузки Ртек/Pmax=0,63…0,82 в окрестности вершины трещины формируются остаточные сжимающие напряжения; при этом протекают два противоположных процесса - рост остаточных сжимающих напряжений по мере снижения нагрузки и снижение остаточных сжимающих напряжений вследствие перераспределения напряжений изза протекания циклических пластических деформаций сжатия;

- при приложении сжимающей части цикла берега трещины смыкаются (с этого момента трещина перестает быть концентратором напряжений) и передают силовой поток; данный этап сопровождается дальнейшим протеканием циклических пластических деформаций сжатия в окрестности вершины трещины, уменьшением величины и протяженности остаточных сжимающих напряжений.

2. Исследованы закономерности протекания пластических деформаций в окрестности вершины трещины. Предложено выражение для определения размера зоны циклических пластических деформаций при знакопеременном нагружении в направлении продвижения трещины, позволяющее учитывать влияние уровня сжимающей части цикла нагружения. Данная зависимость инвариантна к марке стали и величине максимального коэффициента интенсивности напряжений.

3. Развитие циклических пластических деформаций материала в вершине трещины при значении < 2,3 не приводит к увеличению величин размахов и максимальных значений коэффициента интенсивности напряжений по сравнению с упругим случаем, что позволяет использовать уравнения линейной упругой механики разрушения для их вычислений.

4. Установлено, что для циклически стабильных сталей при толщине металлопроката до 25 мм отношение величины остаточных сжимающих напряжений, формирующихся в вершине трещины в полуциклах разгрузки, к размаху напряжений за растягивающую часть цикла нагружения, инвариантно к марке стали, толщине металлопроката, величине максимального коэффициента интенсивности напряжений и зависит только от величины коэффициента асимметрии цикла нагружения.

5. С позиции взаимодействия остаточных напряжений, формирующихся в окрестности вершины трещины в процессе разгрузки, с напряжениями от внешней нагрузки объяснено влияние сжимающей части цикла нагружения на рост усталостных трещин. Предложено использовать в уравнении Пэриса вместо номинального размаха коэффициента интенсивности напряжений эффективную величину номинального размаха коэффициента интенсивности напряжений за растягивающую часть цикла нагружения.

6. Разработана модель определения эффективного размаха коэффициента интенсивности напряжений ?KEFF, позволяющая учитывать влияние величины сжимающей части цикла знакопеременного нагружения на изменение скорости роста трещины. Применение предложенной модели при обработке экспериментальных данных позволило получить параметры сопротивления материала развитию трещины, не зависящие от параметров внешней нагрузки.

7. Для конструкций, воспринимающих циклические воздействия, усовершенствована методика расчета функций распределения долговечностей и надежности элементов сооружений, в сечениях которых возможно наличие исходных технологических дефектов и макротрещин, период подрастания которых до критических размеров определяет срок службы конструкции; определение функции надежности выполняется методом статистического моделирования с использованием модели роста усталостной трещины, учитывающей влияние сжимающей части цикла знакопеременного циклического нагружения.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Емельянов О.В., Зимонин Е.А. Калинин К.Г. Феноменологическая модель роста усталостной трещины при стабильном гармоническом знакопеременном нагружении // Эффективные строительные конструкции: теория и практика: IV Междунар. науч.-техн. конф. - Пенза. - 2005. - С. 193 - 195.

2. Емельянов О.В., Зимонин Е.А. Исследование напряженно-деформированного состояния в вершине трещины при знакопеременном циклическом нагружении // Эффективные строительные конструкции: теория и практика: VI Междунар. науч.-техн. конф.- Пенза - 2007. - С. 106 - 109.

3. Емельянов О.В., Зимонин Е.А. Параметры сопротивления развитию трещины при знакопеременном циклическом нагружении // Инновационные технологии и повышение надежности и долговечности строительных конструкций: Сб. науч. Тр. Междунар. науч.-техн. конф., посвященной 85-летию со дня рождения проф.а П.П. Ступаченко. - Владивосток - 2007. - С. 113-117.

4. Зимонин Е.А. Модель роста усталостной трещины при знакопеременном циклическом нагружении // Строительство и образование: Сб. науч. тр. Междунар. науч.-техн. конф. - Екатеринбург, УГТУ-УПИ - 2007. - С. 47 - 49.

5. Зимонин Е.А. Оценка надежности, долговечности и остаточного ресурса элементов металлоконструкций при знакопеременном циклическом нагружении // Конкурс грантов студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Челябинской области: Сб. реф. науч.-иссл. работ аспирантов. - Челябинск, ЮУРГУ - 2007.- С. 98-99.

6. Емельянов О.В. Зимонин Е.А. Изучение влияния сжимающей части знакопеременного циклического нагружения на рост усталостных трещин // Промышленное и гражданское строительство. 2009. - №7. - C. 29-30.

7. Зимонин Е.А. Упругопластический анализ НДС в окрестности вершины трещины при знакопеременном циклическом нагружении // Сб. науч. тр. 67 науч.-техн. конф., посвященной 75-летию со дня образования МГТУ им. Г.И. Носова. - Магнитогорск - 2009.

8. Емельянов О.В. Зимонин Е.А. Исследование закономерностей формирования остаточных сжимающих напряжений в окрестности вершины трещины при знакопеременном циклическом нагружении // Промышленное и гражданское строительство. 2010. - №3. - C. 25-27.

Размещено на .ru