Модель повреждённой среды для оценки долговечности конструкций при совместном действии механизмов мало- и многоцикловой усталости
Автор: Волков Иван Андреевич, Ереев Михаил Николаевич, Коротких Юрий Георгиевич, Тарасов Иван Сергеевич
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 1 т.5, 2012 года.
Бесплатный доступ
Для оценки прочности и ресурса ответственных инженерных объектов развита математическая модель повреждённой среды, включающая соотношения, которые определяют упругопластическое поведение материала, кинетические уравнения накопления повреждений и критерий прочности повреждённого материала. Предложена форма эволюционного уравнения накопления повреждений, вызванных совместным действием механизмов малоцикловой (МЦУ) и многоцикловой (МнЦУ) усталости. Показано, что при регулярном циклическом нагружении материала с уменьшением амплитуды деформации переход от МЦУ к МнЦУ происходит постепенно и зависит от физического взаимодействия этих механизмов в переходной зоне. Приведена методика численного определения параметров эволюционного уравнения накопления усталостных повреждений при МнЦУ. Результаты сопоставления расчетных и экспериментальных данных показали, что разработанная модель повреждённой среды достоверно описывает долговечность конструкций при совместном действии механизмов мало- и многоцикловой усталости.
Моделирование, напряжённо-деформированное состояние, пластичность, повреждённость, разрушение, малоцикловая и многоцикловая усталость, долговечность, ресурс
Короткий адрес: https://sciup.org/14320597
IDR: 14320597 | УДК: 539.3
A model of damaged medium for evaluating the durability of structures subjected to combined low- and high-cycle fatigue loading
In order to evaluate the strength and lifetime of critical engineering structures, we have developed a mathematical model of damaged medium consisting of elastoplastic constitutive equations, kinetic equations of damage accumulation, and a strength criterion of damaged material. A version of the evolution equation describing accumulation of damages caused by a combination of low-cycle fatigue (LCF) and high-cycle fatigue (HSF) mechanisms is proposed. It is shown that under regular cyclic loading, when the amplitude of deformation in a cycle decreases, the transition from low cycle fatigue to high cycle fatigue proceeds gradually and depends on the physical interaction of these mechanisms in the transition zone. A method for determining the parameters of the evolution equation of fatigue damage accumulation is presented. Comparison of the calculated and experimental data shows that the developed model of damage medium adequately describes the durability of structures subjected to combined low- and high-cycle fatigue loading.
Список литературы Модель повреждённой среды для оценки долговечности конструкций при совместном действии механизмов мало- и многоцикловой усталости
- Махутов Н.А., Гаденин М.М. Исследования нелинейных эффектов деформирования и критериев разрушения//Заводская лаборатория. Диагностика материалов. -2005. -Т. 71, № 8. -С. 57-67.
- Kolmogorov V.L., Burdukovskii B.G., Kamantsev I.S. Prediction of damage under multicycle loading//Inorganic Materials. -2010. -V. 46, N. 14. -P. 1567-1569.
- Oakley S.Y., Nowell D. Prediction of the combined high-and low-cycle fatigue performance of gas turbine blades after foreign object damage//Int. J. Fatigue. -V. 29, N. 1. -P. 69-80.
- Hou N.X., Wen Z.X., Yu Q.M., Yue Z.F. Application of a combined high and low cycle fatigue life model on life prediction of SC blade//Int. J. Fatigue. -V. 31, N. 4. -P. 616-619.
- Schweizer C., Seifert T., Nieweg B., von Hartrott P., Riedel H. Mechanisms and modelling of fatigue crack growth under combined low and high cycle fatigue loading//Int. J. Fatigue. -2011. -V. 33, N. 2. -P. 194-202.
- Коллинз Дж. Повреждение материалов в конструкциях. Анализ. Предсказание. Предотвращение. -М.: Мир, 1984. -530 с.
- Трощенко В.Т., Фомичев Л.А. Энергетический критерий усталостного разрушения//Проблемы прочности. -1993. -№ 1. -С. 3-10.
- Митенков Ф.М., Кайдалов В.Б., Коротких Ю.Г. Методы обоснования ресурса ядерных энергетических установок. -М.: Машиностроение, 2007. -448 с.
- Волков И.А., Коротких Ю.Г. Уравнения состояния вязкоупругопластических сред с повреждениями. -М.: Физматлит, 2008. -424 с.
- Волков И.А., Коротких Ю.Г., Тарасов И.С. Численное моделирование накопления усталостных повреждений при сложном пластическом деформировании//Вычисл. мех. сплош. сред. -2009. -Т. 2, № 1. -С. 5-18.
- Большухин М.А., Зверев Д.Л., Кайдалов В.Б., Коротких Ю.Г. Оценка долговечности конструкционных материалов при совместных процессах малоцикловой и многоцикловой усталости//Проблемы прочности и пластичности: Межвуз. сб./ННГУ. -2010. -№ 72. -С. 28-35.
- Руководство по расчётам на прочность элементов оборудования и изделий реакторных установок с водным теплоносителем плавучих атомных станций (РП-ОИРУ-ПАС-04). -Москва: ГУП ИЦП МАЭ, 2004. -226 с.
