Алгоритмы численного моделирования процессов деформирования и разрушения конструкций в рамках соотношений механики поврежденной среды
Автор: Горохов В.А., Казаков Д.А., Капустин С.А., Чурилов Ю.А.
Статья в выпуске: 4, 2016 года.
Бесплатный доступ
Статья посвящена описанию реализованных в вычислительном комплексе УПАКС (ВК УПАКС) алгоритмов, позволяющих в приемлемое для инженерных расчетов время осуществлять исследование процессов зарождения и развития усталостных трещин при малоцикловых термосиловых нагружениях путем их прямого численного моделирования на основе МКЭ. Исследования проводятся в рамках соотношений механики поврежденной среды с использованием гипотез о многостадийном характере развития повреждений в процессе разрушения материала. Представлено описание алгоритма прогнозирования процессов деформирования и накопления повреждений в элементах конструкций при малоцикловых термосиловых нагружениях, сочетающего возможности детального описания особенностей процессов деформирования и накопления повреждений на первых стадиях разрушения с минимизацией объема вычислений при численном моделировании названных процессов на основе МКЭ. Для исследования третьей стадии разрушения предложен алгоритм моделирования развития трещины в элементах конструкций на основе результатов численного моделирования процесса на первых двух стадиях без изменения исходной топологии КЭ области исследуемых конструкции. Представлены результаты численного моделирования процесса упругопластического разрушения экспериментального образца с концентратором в условиях плоского изгиба, выполненные на основе программных средств ВК УПАКС. Сравнение численных результатов с результатами эксперимента показало их хорошее согласование, подтвердившее работоспособность предложенного алгоритма. На примерах моделирования процесса малоциклового разрушения цилиндрического образца с выточкой проведена верификация программных средств, реализующих предложенные алгоритмы в составе программных средств ВК УПАКС, подтвердившая возможность их эффективного использования для моделирования процессов малоциклового разрушения элементов конструкций.
Пластичность, малоцикловая усталость, термосиловое нагружение, деформирование, накопление повреждений, разрушение, трещина, механика поврежденной среды
Короткий адрес: https://sciup.org/146211656
IDR: 146211656 | DOI: 10.15593/perm.mech/2016.4.06
Список литературы Алгоритмы численного моделирования процессов деформирования и разрушения конструкций в рамках соотношений механики поврежденной среды
- Качанов Л.М. Основы механики разрушения. -М.: Наука, 1974. -312 с.
- Работнов Ю.И. Ползучесть элементов конструкций. -М.: Наука, 1966. -752 с.
- Мураками. Сущность механики поврежденности среды и ее приложение к теории анизотропных повреждений при ползучести//Теоретические основы инж. расчетов: тр. амер. о-ва инж.-мех. -1983. -Т. 5, № 2. -С. 28-36.
- Chaboche J.L. La mechanique de L’endommangement et san application aux previsions de duree devie des structures//Rech. Depospat. -1987. -No. 4. -P. 37-54.
- Ju J.W. On energy-based coupled elastoplastic damage thearies: constitutive modeling and computational aspects//Int. J. Solid. and Struct. -1989. -Vol. 25. -No. 7. -P. 803-833.
- Wang J., Chaw C.L. Mixed mode ductile fracture studies with nonprapartional loading bazed on continuum damage mechanics//Trans ASME. J. Eng. Mater. and Technolog. -1989. -Vol. 111. -No. 2. -P. 204-209.
- Бех О.И., Коротких Ю.Г. Уравнения механики поврежденной среды для циклических неизотермических процессов деформирования материалов//Прикладные проблемы прочности и пластичности. Методы решения: всесоюз. межвуз. сб/Горьк. ун-т. -Горький, 1989. -С. 28-37.
- Радченко В.П., Еремин Ю.А. Реологическое деформирование и разрушение материалов и элементов конструкций. -М.: Машиностроение-1, 2004. -264 с.
- Казаков Д.А., Капустин С.А., Коротких Ю.Г. Моделирование процессов деформирования и разрушения материалов и конструкций: моногр. -Н. Новгород: Изд-во Нижегород. гос. ун-та. -1999. -226 с.
- Волков И.А., Коротких Ю.Г. Уравнения состояния вязкоупругопластических сред с повреждениями. -М.: Физматлит, 2008. -424 с.
- Капустин С.А., Чурилов Ю.А., Горохов В.А. Моделирование нелинейного деформирования и разрушения конструкций в условиях многофакторных воздействий на основе МКЭ. -Нижний Новгород: Изд-во Нижегород. гос. ун-та им. Н.И. Лобачевского, 2015. -347 с.
- Федоров, В.В. Кинетика повреждаемости и разрушения твердых тел: моногр. -Ташкент: Фан, 1985. -168 с.
- Партон В.З., Морозов В.М. Механика упругопластического разрушения. -М.: Наука, 1974. -640 с.
- Механика разрушения. Разрушение конструкций: сб. ст./отв. ред. Д. Теплина. -М.: Мир, 1980. -256 с.
- Бондарь В.С., Даншин В.В., Кондратенко А.А. Вариант теории термопластичности//Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. -2015. -№ 2. -С. 21-35 DOI: 10.15593/perm.mech/2015.2.02
- Chaboche J.-L. A review of some plasticity and viscoplasticity constitutive theories//Int. J of Plasticity. -2008. -Vol. 24. -P. 1642-1692.
- Chaboche J.-L., Kanoute P., Azzouz F. Cyclic inelastic constitutive equations and their impact on the fatigue life predictions//Int. J of Plasticity. -2012. -Vol. 35. -P. 44-66.
- Zhu Y., Kang G., Kan Q., Bruhns O.T., Liu Y. Thermo-mechanically coupled cyclic elasto viscoplastic constitutive model of metals: Theory and application//Int. J of Plasticity. -2016. -Vol. 79. -P. 111-152 DOI: 10.1016/J.IJPLAS.2015.12.005
- Taleb L., Cailletaud G. An updated version of the multimechanism model for cyclic plasticity//Int. J. of Plasticity. -2010. -Vol. 26. -P. 859-874 DOI: 10.1016/J.IJPLAS.2009.11.002
- Cyclic deformation response of AISI 316L at room temperature: Mechanical behaviour, microstructural evolution, physically-based evolutionary constitutive modelling/M.S. Pham, S.R. Holdsworth, K.G.F. Janssens, E. Mazza//Int. J of Plasticity. -2013. -Vol. 47. -P. 143-164.
- Вычислительный комплекс УПАКС. Аттестационный паспорт программного средства. Регистрационный паспорт аттестации ПС № 147 от 31.10.2002/Научно-технический центр по ядерной и радиационной безопасности.
- Капустин С.А., Горохов В.А., Чурилов Ю.А. Алгоритмы прогнозирования малоцикловой прочности конструкций на основе МКЭ//Проблемы прочности и пластичности: межвуз. сб. -Н. Новгород, 2011. -Вып. 73. -С. 15-25.
