Моделирование процессов накопления усталостных повреждений в конструкционных сталях при блочном малоцикловом нагружении
Автор: Волков Иван Андреевич, Коротких Юрий Георгиевич, Панов Владимир Александрович, Шишулин Денис Николаевич
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 1 т.7, 2014 года.
Бесплатный доступ
Излагаются основные положения механики поврежденной среды для анализа процессов накопления усталостных повреждений в конструкционных материалах (металлах и их сплавах). Модель малоцикловой усталости, развитая в работах авторов, основана на совместном интегрировании связанных определяющих соотношений циклического упругопластического деформирования материала и эволюционных уравнений накопления усталостных повреждений. Эволюционные уравнения накопления усталостных повреждений формулируются на базе энергетического подхода. Приводятся результаты сравнительного анализа предложенной модели с моделью J.L. Chaboche, заложенной в современную вычислительную систему конечно-элементного анализа ANSYS, и результаты моделирования процессов накопления усталостных повреждений для двухблочного регулярного малоциклового нагружения. Вычисленные данные сравниваются с данными натурных экспериментов.
Модель поврежденной среды (мпс), малоцикловая усталость (мцу), поврежденность, блочное циклическое нагружение, эксперимент, расчёт
Короткий адрес: https://sciup.org/14320703
IDR: 14320703 | УДК: 539.3 | DOI: 10.7242/1999-6691/2014.7.1.2
Modeling of fatigue damage accumulation in structural steels under low-cycle block loading
The process of low-cycle fatigue of structural steels under arbitrary thermal loading is modeled within the framework of mechanics of defective materials. The development of the model of damaged medium involves three steps: - thermo-plastic equations are derived using the concept of surface creep and its transformation under thermal mechanical loading. This variant of thermo-plastic equations describes the main effects of complex plastic deformation of metals and their alloys; - kinetic equations of fatigue damage accumulation are derived by studying the physical stages of development of micro-defects. The equations are based on energy principles and take into account the influence of deformation path conditions, the type of stress state, and the level of damage accumulation on the rate of accumulation of fatigue damages; - condition for critical damage value is taken as a criterion for macroscopic crack formation. The results of a comparative study of the proposed model and the J.L. Chaboche model underlying the modern finite-element analysis code ANSYS are presented. It is shown that the thermo-plastic equations coincide with each other up to constants, and for regular loading cycles the equations of damage accumulation curve and the failure criterion are identical. The experimental study of fatigue damage accumulation in the laboratory samples made of 08Х18Н10Т austenitic steel subjected to double-block low-cycle loading was carried out. Comparison of the experimental and calculated data shows that the model of damaged media developed by the authors can adequately represent the process of fatigue damage accumulation under block low-cycle loading. The possibility to use the Palmgren-Miner linear damage summation in the case of block loading modes is studied. It has been found that such an approach to calculations of the fatigue life under irregular loading can provide both the conservative and non-conservative assessment of the fatigue life.
Список литературы Моделирование процессов накопления усталостных повреждений в конструкционных сталях при блочном малоцикловом нагружении
- Митенков Ф.М., Коротких Ю.Г., Кайдалов В.Б. Методология, методы и средства управления ресурсом ядерных энергетических установок. -М.: Машиностроение, 2006. -596 с.
- Коллинз Дж. Повреждение материалов в конструкциях. Анализ, предсказание, предотвращение. -М.: Мир, 1984. -624 с.
- Романов А.Н. Разрушение при малоцикловом нагружении. -М.׃ Наука, 1988. -279 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 повреждений при сложном пластическом деформировании//Вычисл. мех. сплош. сред. -2009. -Т. 2, № 1. -С. 5-18.
- Chaboche J.L. Constitutive equation for cyclic plasticity and cyclic viscoplasticity//Int. J. Plasticity. -1989. -V. 5, N. 3. -P. 247-302.
- Chaboche J.L. Une loi differentielle d’endommagement de fatigue avec cumulation non lineaire//Revue Francaise de Mecanique. -1974. -N. 50-51. -P. 71-82.
- Волков И.А., Коротких Ю.Г., Шишулин Д.Н. Принципы и методы определения скалярных материальных параметров теории пластического течения с кинематическим и изотропным упрочнением//Вычисл. мех. сплош. сред. -2010. -Т. 3, № 3. -С. 46-57.
- Гаруд С. Новый подход к расчету усталости при многоосных нагружениях//Труды Амер. об-ва инж.-мех. Сер. Д. Теорет. основы инж. расчетов. -1981. -Т. 103, № 2. -С. 41-51.
- Даулинг Н.Е. Расчет усталостной долговечности при сложных историях нагружения//Труды Амер. об-ва инж.-мех. Сер. Д. Теорет. основы инж. расчетов. -1983. -Т. 105, № 3. -С. 69-79.
- Бернард-Конноли М., Бью-Куок Т., Бирон А. Усталость коррозионно-стойкой стали 304 при испытаниях в условиях многоступенчатой контролируемой деформации//Труды Амер. об-ва инж.-мех. Сер. Д. Теорет. основы инж. расчетов. -1983. -Т. 105, № 3. -С. 47-53.
