Нелокальные критерии разрушения. Критерий конечной трещины
Аннотация
Рассмотрены особенности применения нелокального критерия, основанного на концепции механики конечных трещин, в задаче о прочности твёрдого тела, содержащего концентратор напряжений, при растяжении и сжатии. Этот критерий относится к категории энергетических методов. Подход механики конечных трещин заключается в модификации уравнения энергетического баланса путём использования конечной величины приращения длины трещины вместо бесконечно малого приращения, используемого при вычислении интенсивности высвобождающейся упругой энергии в рамках линейной механики разрушения. Такая модификация линейной механики разрушения позволяет предсказывать наступление предельного состояния (разрушение) в случаях с тупыми вырезами, когда обычная механика разрушения неприменима. Показаны преимущества и ограничения использования критерия конечной трещины. Получены выражения для разрушающего напряжения при растяжении и при сжатии пластины с круговым отверстием. Проведено сравнение результатов расчёта прочности пластин с круговым отверстием по критерию конечной трещины с известными экспериментальными данными, полученными при растяжении композитных пластин, а также с данными эксперимента, проведённого на гипсовых плитах при сжатии. Показано, что для некоторых материалов критерий конечной трещины может быть успешно использован для описания влияния размера отверстия на начало разрушения у контура отверстия, и для оценки критического размера дефекта при сжатии, наряду с другими нелокальными критериями (критерий средних напряжений, критерий напряжений в точке, критерий фиктивной трещины). Однако его применение для других материалов позволяет получить лишь качественные оценки разрушающего напряжения.
При поддержке: Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 18-05-00323).
Список литературы
1. Сукнёв С.В. Нелокальные критерии разрушения. Критерий средних напряжений // Наука и образование. – 2007. – № 1. – С. 28–33.
2. Сукнёв С.В. Нелокальные критерии разрушения. Критерий напряжений в точке // Наука и образование. – 2008. – № 1. – С. 27–32.
3. Сукнёв С.В. Нелокальные критерии разрушения. Критерий фиктивной трещины // Наука и образование. – 2009. – № 1. – С. 29–36.
4. Leguillon D. Strength or toughness? A criterion for crack onset at a notch // Eur. J. Mech. A/Solids. – 2002. – Vol. 21, No. 1. – P. 61–72.
5. Pugno N.M., Ruoff R.S. Quantized fracture mechanics // Philos. Mag. – 2004. – Vol. 84, No. 27. – P. 2829–2845.
6. Taylor D., Cornetti P., Pugno N. The fracture mechanics of finite crack extension // Eng. Fract. Mech. – 2005. – Vol. 72, No. 7. – P. 1021–1038.
7. Yavari A., Wnuk M.P. Finite Fracture Mechanics for fractal cracks // IUTAM Symposium on Scaling in Solid Mechanics. Iutam Bookseries, vol.10. – Dordrecht: Springer, 2009. – P. 223–231.
8. Carpinteri A., Cornetti P., Sapora A. Brittle failures at rounded V-notches: a finite fracture mechanics approach // Int. J. Fract. – 2011. – Vol. 172, No. 1. – P. 1–8.
9. Sapora A., Mantič V. Finite Fracture Mechanics: a deeper investigation on negative T-stress effects // Int. J. Fract. – 2016. – Vol. 197, No. 1. – P. 111–118.
10. Weißgraeber P., Leguillon D., Becker W. A review of Finite Fracture Mechanics: crack initiation at singular and non-singular stress raisers // Arch. Appl. Mech. – 2016. – Vol. 86, No. 1–2. – P. 375–401.
11. Strobl M., Dowgiałło P., Seelig T. Analysis of Hertzian indentation fracture in the framework of finite fracture mechanics // Int. J. Fract. – 2017. – Vol. 206, No. 1. – P. 67–79.
12. Martin E., Leguillon D., Carrère N. Finite Fracture Mechanics: a useful tool to analyze cracking mechanisms in composite materials // The structural integrity of carbon fiber composites. – Cham: Springer, 2017. – P. 529–548.
13. Седов Л.И. Механика сплошной среды. – М.: Наука, 1984. – Т. 2. – 560 с.
14. Shaw M.C. A critical review of mechanical failure criteria // Trans. ASME. J. Eng. Mater. and Technol. – 1984. – Vol. 106, No. 3. – P. 219–226.
15. Daniel I.M. The behavior of uniaxially loaded graphite/epoxy plates with holes // 2nd Int. Conf. on Compos. Mater. – Toronto, 1978. – P. 1019– 1034.
16. Hyakutake H., Hagio T., Nisitani H. Fracture of FRP plates containing notches or a circular hole under tension // Int. J. Pressure Vessels and Piping. – 1990. – Vol. 44, No. 3. – P. 277–290.
17. Сукнев С.В., Елшин В.К., Новопашин М.Д. Экспериментальное моделирование процессов трещинообразования в образцах горных пород с отверстием // ФТПРПИ. – 2003. – № 5. С. 47–54.
Рецензия
Для цитирования:
Сукнёв С.В. Нелокальные критерии разрушения. Критерий конечной трещины. Природные ресурсы Арктики и Субарктики. 2018;23(1):60-66.
For citation:
Suknev S.V. Nonlocal fracture criteria. Finite fracture criterion. Arctic and Subarctic Natural Resources. 2018;23(1):60-66. (In Russ.)
Просмотров:
9
Послать статью по эл. почте 