Экспериментальное определение полей у вершины трещины: метод голографической интерферометрии и метод корреляции цифровых изображений
Автор: Анисимов Г.С., Степанова Л.В.
Статья в выпуске: 3, 2024 года.
Бесплатный доступ
Рассматриваются вопросы реконструкции поля напряжений у вершин системы горизонтальных и наклонных трещин в линейно упругой среде с помощью результатов экспериментальных исследований, проведенных интерференционно-оптическими методами: методом голографической интерферометрии и методом корреляции цифровых изображений. Эксперимент нацелен на построение многокомпонентного асимптотического разложения М. Уильямса с удержанием регулярных (неособых) слагаемых ряда для пластин, ослабленных двумя взаимодействующими трещинами. Для восстановления коэффициентов ряда М. Уильямса были использованы картины абсолютной разности хода (изодромы), позволяющие с помощью закона Фавра определить главные напряжения в окрестности вершины трещины. С помощью метода корреляции цифровых изображений для ряда конфигураций образцов с трещинами определены поля деформаций. Экспериментальная информация, полученная двумя интерференционно-оптическими методами, использована для вычисления коэффициентов многопараметрического асимптотического разложения М. Уильямса. Предложена новая вариация переопределенного метода, ориентированная на линеаризованный закон Фавра, и позволяющая отыскать посредством итерационной процедуры коэффициенты асимптотического ряда М. Уильямса (обобщенные коэффициенты интенсивности напряжений), опираясь на результаты поляризационно-оптических измерений. Для верификации результатов обработки всей совокупности экспериментальных данных дополнительно проведен вычислительный эксперимент с помощью метода конечных элементов, что позволило вычислить обобщенные коэффициенты интенсивности напряжений, опираясь на поля напряжений, найденные методом конечных элементов. Предложена модификация переопределенного метода, основанная на применении исключительно полей напряжений, ассоциированных с вершиной трещины, определяемых из конечно-элементного решения. Показано, что коэффициенты ряда М. Уильямса, определенные с помощью натурного и вычислительного эксперимента, хорошо согласуются между собой.
Метод голографической интерферометрии, закон фавра, метод корреляции цифровых изображений, многопараметрическое асимптотическое разложение м. уильямса, переопределенный метод, цифровая обработка изображений
Короткий адрес: https://sciup.org/146282923
IDR: 146282923 | DOI: 10.15593/perm.mech/2024.3.03
Список литературы Экспериментальное определение полей у вершины трещины: метод голографической интерферометрии и метод корреляции цифровых изображений
- Матвиенко, Ю.Г. Основы физики и механики разрушения / Ю.Г. Матвиенко. - М.: Физматлит, 2022. - 144 с.
- Матвиенко, Ю.Г. Двухпараметрическая механика разрушения / Ю.Г. Матвиенко. - М.: Физматлит, 2021. - 208 с.
- Ritchie, R.O. Introduction to fracture mechanics / R.O. Ritchie, D. Liu. - Amsterdam: Elsevier, 2021. - 168 p.
- Saxena, A. Basic fracture mechanics and its applications / A. Saxena. - Boca Raton: CRC Press, 2022. - 342 p.
- Hello, G. Derivation of complete crack-tip stress expansions from Westergaard-Sanford solutions / G. Hello // International Journal of Solids and Structures. - 2018. - Vol. 144-145. - P. 265-275.
- Hello, G. Analytical determination of coefficients in crack-tip stress expansions for a finite crack in an infinite plane medium / G. Hello, M.B. Tahar, J.-M. Roeland // International Journal of Solids and Structures. - 2012. - Vol. 49. - P. 556-566.
- Dugnani, R. Stress intensity factor by combined perturbation method and universal weight functions / R. Dugnani, L. Ma // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. - 2023. -Vol. 126. - 103994.
- A data-driven model for predicting the mixed-mode stress intensity factors of a crack in composite / X. Zhang, T. Zhao, Y. Liu, Q. Chen, Z. Wang, Z. Wang // Engineering Fracture Mechanics. - 2023. - Vol. 288. - 109385.
- Ru, M. On enrichment strategies and methods to extract stress intensity factors using extended finite element method for biomaterials / M. Ru, C. Liu, Y. Wei // Engineering Fracture Mechanics. - 2023. - Vol. 281. - 109060.
- Stress intensity factor calculation of the cracks interacted by the oval-holes in anisotropic elastic solids under remote and non-uniform surface stresses / Q-h. Rao, C-c. Zhao, W. Yi, D. Sun, Z. Liu // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. - 2022. -Vol. 121. - 103475.
- Assessment of amplitude factors of asymptotic expansion at the crack tip in flexoelectric solid under mode I and II loadings / T. Profant, J. Sladek, V. Sladek, M. Kotoul // International Journal of Solids and Structures. - 2023. - Vol. 269. - 112194.
- Nejati, M. Crack tip asymptotic fields in anisotropic planes: Importance of higher order terms / M. Nejati, S. Gholi, M.R. Ayatollahi // Applied Mathematical Modelling. - 2021. -Vol. 91. - P. 837-862.
- Melching, D. Advanced crack tip characterization using conjugate work integrals / D. Melching, E. Breitbarth // International Journal of Fatigue. - 2023. - Vol. 169. - 10,501.
- On the experimental characterization of the crack tip displacement fields on nonplanar elements: Numerical and experimental analysis / A. Camacho-Reyes, F.V. Antunes, J.M. Vasco-Olmo, F.A. Diaz, L.A. Felipe-Sese // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. - 2023. - Vol. 124. - 103803.
- Stepanova, L.V. Coefficients of the Williams power expansion of the near crack tip stress field in continuum linear elastic fracture mechanics at the nanoscale / L.V. Stepanova, O.N. Belova // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. - 2022. - Vol. 119. - 103298.
- Stepanova, L.V. Stress intensity factors, T-stresses and higher order coefficients of the Williams series expansion and their evaluation through molecular dynamics simulations / L.V. Ste-panova, O.N. Belova // Mechanics of Advanced Materials and Structures. - 2022. - Vol. 30, iss. 19. - P. 3862-3884.
- Степанова, Л.В. Применение метода голографической интерферометрии для реконструкции ряда М. Уильямса у вершины трещины / Л.В. Степанова, Д.А. Семенов, Г.С. Анисимов // Вестник Самарского университета. Естественнонаучная серия. 2023. - Т. 29, № 1. - С. 15-46.
- Степанова, Л.В. Идентификация коэффициентов интенсивности напряжений, T-напряжений и коэффициентов регулярных слагаемых высокого порядка в разложении Уильямса с помощью молекулярно-динамического моделирования / Л.В. Степанова, О.Н. Белова // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2023. - № 2. - С. 4,^.
- Experimental stress determination of blunt notches under combinations of modes I and II loading / S.K. Alavi, M.R. Ayatol-lahi, M. Daneshfar, B. Bahrami // Engineering Structures. -2023. - Vol. 2,8. - 11551,.
- Shuai, J. Simple crack tip and stress intensity factor determination method for mode I crack using digital image correla-tion/nanoscale / J. Shuai, J. Zhao, L. Lei // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. - 2022. - Vol. 122. - 103621.
- Ramesh, K. Digital Photoelasticity. Advanced Techniques and Applications / K. Ramesh. - Sham: Springer, 2013. -430 p.
- Ramesh, K. Digital photoelasticity: Recent developments and diverse applications / K. Ramesh, S. Sasikumar // Optics and Lasers in Engineering. - 2020. - 106186.
- Разумовский, И.А. Интерференционно-оптические методы механики деформируемого твердого тела / И.А. Разумовский. - М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. - 240 с.
- Vivekanandan, A. Study of crack interaction effects under thermal loading by digital photoelasticity and finite elements / A. Vivekanandan, K. Ramesh // Experimental Mechanics. -2020. - Vol. 60(3). - P. 295-316.
- Vivekanandan, A. Study of interaction effects of asymmetric cracks under biaxial loading using digital photoelasticity / A. Vivekanandan, K. Ramesh // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. - 2019. - Vol. 99. - P. 104-117.
- Ramesh, K. Developments in Photoelasticity-A renaissance / K. Ramesh. - IOP Publishing, 2021. - 225 p.
- Anand, C. Simulating Isochromatic Fringes from Finite Element Results of FEniCS / C. Anand, S. Natarajan, K. Ramesh // Experimental Techniques. - 2023.
- Sasikumar, S. Framework to select refining parameters in Total fringe order photoelastcity (TFP) / S. Sasikumar, K. Ramesh // Optics and Lasers in Engineering. - 2023. -Vol. 160. - 107277.
- Application of artificial neural networks for state analysis based on the photoelastic method / A. Konurin, S. Neverov, A. Neverov, D. Orlov, I. Zharov, M. Konurina // Geohazard Mechanics. - 2023.
- Lee, H. Time-staged photoelastic image prediction using multi-stage convolutional autoencoders / H. Lee, H. An, D.-W. Lee // Engineering Applications of Artificial Intelligence. - 2022. - Vol. 116. - 105265.
- Brinez-de Leon, J.C. PhotoelastNet: a deep convolutional neural network for evaluating the stress field by using a single color photoelasticity image / J.C. Brinez-de Leon, M. Rico-Garcia, A. Restrepo-Martinez // Applied Optics. - Iss. 7. - P. D50-62.
- Fringe pattern analysis to evaluate light sources and sensors in digital photoelasticity / H. Fandino-Toro, Y. Aristizabal-Lopez, A. Restrepo-Martinez, J. Brinez-de Leon // Applied Optics. - 2023. - Vol. 62, iss. 10. - P. D2560-2568.
- Zhao, W. Accuracy improvement of demodulating the stress field with StressUnet in photoelasticity / W. Zhao, G. Zhang, J. Li // Applied Optics. - 2022. - Vol. 61. - P. 8678-8687.
- Ayatollahi, M.R. Digital image correlation methos for calculating coefficients of Williams expansion in compact tension specimen / M.R. Ayatollahi, M. Moazzami // Optics and Lasers in Engineering. - 2017. - Vol. 90. - P. 26-33.
- Favre, H. Sur une novelle methode optic de determination des tensions interieres / H. Favre // Revue d'Optic. -1929. - Vol. 8(193). - P. 241-289.
- Nocedal, J. Numerical optimization / J. Nocedal, S.J. Wright. - Cham: Springer, 2006. - 686 p.
- Artificial neural network in prediction of mixed-mode I/II fracture load / B. Bahrami, H. Talebi, M.R. Ayatollahi, M.R. Khosravani // International Journal of Mechanical Sciences. - 2023. - Vol. 248. - 108214.
