Creep and long-term fracture of a narrow rectangular membrane inside a rigid low matrix with proportional dependence on the transverse pressure on time

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

In this work, we studied the creep and long-term fracture of a narrow rectangular membrane in confined conditions (inside a rigid low matrix) with a proportional dependence on the magnitude of transverse pressure on time.
Deformation of the membrane is considered as a sequence of three stages. At first stage, the membrane is deformed under free conditions until it touches the transverse side of the rigid matrix. At second stage, the membrane is deformed when it touches the transverse wall of the matrix until it touches its longitudinal walls. At third stage, the membrane is already deformed while simultaneously touching the longitudinal and transverse walls of matrix.
The study is carried out under two types of contact conditions: 1) ideal sliding of the membrane along the walls of the matrix; 2) sticking of the membrane to the walls of the matrix.
The analysis of the gradual long-term fracture of the membrane is carried out using the kinetic theory of creep by Yu. N. Rabotnov, while the parameter of material damage in this problem has a scalar character.
The obtained equations are used to analyze the creep and long-term fracture of a membrane made of 2.15Cr-1Mo steel, which is deformed under variable transverse pressure at a temperature of 600°C until its destruction.
As a result of solving the system of constitutive and kinetic equations, the values of the damage parameter accumulated during each stage of deformation, as well as the time to fracture of the membrane, are obtained. In the case of membrane fracture at the first stage of deformation, the time to fracture at the first stage does not depend on the type of contact conditions, and in the case of membrane fracture at the second and third stages of deformation, the time to fracture in the case of ideal slip is not less than in the case of sticking.

About the authors

Alexander M. Lokoshchenko

Lomonosov Moscow State University, Institute of Mechanics

Email: loko@imec.msu.ru
ORCID iD: 0000-0002-5462-6055
SPIN-code: 4869-1610
Scopus Author ID: 55991237700
ResearcherId: S-2938-2017
http://www.mathnet.ru/person54499

Dr. Phys. & Math. Sci., Professor

Russian Federation, 119192, Moscow, Michurinsky prospekt, 1

Leonid V. Fomin

Lomonosov Moscow State University, Institute of Mechanics

Email: fleonid1975@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9075-5049
SPIN-code: 7186-8776
Scopus Author ID: 55815905900
ResearcherId: R-7182-2017
http://www.mathnet.ru/person50057

Cand. Phys. & Math. Sci.; Leading Researcher; Lab. of Creep and Long-Term Strength

Russian Federation, 119192, Moscow, Michurinsky prospekt, 1

Alexander F. Akhmetgaleev

Lomonosov Moscow State University, Institute of Mechanics

Email: achmet206a@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7999-6079
https://www.mathnet.ru/person188666

Leading Engineer; Lab. of Elasticity and Plasticity

Russian Federation, 119192, Moscow, Michurinsky prospekt, 1

Denis D. Makhov

Lomonosov Moscow State University, Institute of Mechanics; Lomonosov Moscow State University, Department of Mechanics and Mathematics

Author for correspondence.
Email: monyamail@yahoo.com
ORCID iD: 0000-0001-7748-3934
https://www.mathnet.ru/person188668

Leading Engineer; Lab. of Creep and Long-Term Strength1; Student; Dept. of Mechanics and Mathematics2

Russian Federation, 119192, Moscow, Michurinsky prospekt, 1; 119991, Moscow, Leninskie Gory, 1

References

  1. Kachanov L. M. Osnovy mekhaniki razrusheniia [Fundamentals of Fracture Mechanics]. Moscow, Nauka, 1974, 312 pp. (In Russian)
  2. Odqvist F. K. G. Mathematical theory of creep and creep rupture. Oxford, Clarendon Press, 1974, 200 pp.
  3. Storåkers B. Finite Creep of a Circular Membrane under Hydrostatic Pressure, Acta polytechnica Scandinavica. Mechanical engineering series, vol. 44. Stocholm, Royal Swedish Acad. of Eng. Sci., 1969, 107 pp.
  4. Malinin N. N. Polzuchest’ v obrabotke metallov [Creep in Metal Forming]. Moscow, Mashinostroenie, 1986, 216 pp. (In Russian)
  5. Lokoshchenko A. M. Creep and Long-term Strength of Metals. Boca, Raton, CRC Press, 2017, xviii+545 pp. EDN: YKQNZJ. DOI: https://doi.org/10.1201/b22242.
  6. Lokoshchenko A. M., Teraud W. V., Akhmetgaleev A. F. Steady-state creep of a narrow membrane inside a rigid low matrix, Mech. Solids, 2021, vol. 56, no. 8, pp. 1668–1683. EDN: EIFLHQ. DOI: https://doi.org/10.3103/S0025654421080112.
  7. Akhmetgaleev A. F., Lokoshchenko A. M., Fomin L. V. Steady-state creep of a long narrow rectangular membrane inside a low rigid matrix with a proportional dependence of the magnitude of the transverse pressure on time, Mech. Solids, 2022, vol. 57, no. 3, pp. 40–55. EDN: VMQFVE. DOI: https://doi.org/10.3103/S0025654422030013.
  8. Efimov A. B., Romanyuk S. N., Chumachenko E. N. On the determination of the regularities of friction in the processes of metal forming by pressure, Mech. Solids, 1995, no. 6, pp. 82–98 (In Russian).
  9. Kachanov L. M. Time of the rupture process under creep conditions, Izv. Akad. Nauk SSSR, Otd. Techn. Nauk, 1958, no. 8, pp. 26–36 (In Russian).
  10. Rabotnov Yu. N. Mechanism of long-term destruction, In: Strength of Materials and Structures. Moscow, USSR Academy of Sciences, 1959, pp. 5–7 (In Russian).
  11. Rabotnov Yu. N. Creep problems in structural members. Amsterdam, London, North-Holland Publ. Co., 1969, xiv+822 pp.
  12. Rabotnov Yu. N. On fracture as a consequence of creep, Prikl. Mekh. Tekh. Fiz., 1963, no. 2, pp. 113–123 (In Russian).
  13. Goyal S., Laha K., Panneer Selvi S., Mathew M. D. Mechanistic approach for prediction of creep deformation, damage and rupture life of different Cr–Mo ferritic steels, Materials at High Temperatures, 2014, vol. 31, no. 3, pp. 211–220. DOI: https://doi.org/10.1179/1878641314Y.0000000016.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Figure 1. General scheme of deformation of a rectangular membrane inside a rigid matrix

Download (87KB)
3. Figure 2. The scheme of deformation of a rectangular membran at the first stage

Download (54KB)
4. Figure 3. The scheme of deformation of a rectangular membran at the second stage (ideal slip and sticking)

Download (28KB)
5. Figure 4. The scheme of deformation of a rectangular membran at the third stage (ideal slip and sticking)

Download (36KB)
6. Figure 5. Dependence $\alpha(t)$ during the first stage of membrane deformation for different values of the rate $\dot{q}_1$ (in MPa/hr): 1 —

Download (154KB)
7. Figure 6. Dependence $x_0(t)$ during the second stage of membrane deformation for $\dot{q}_1=100$ MPa/hr: 1 — case of ideal slip, 2 — case of sticking

Download (106KB)
8. Figure 7. Dependence $x_0(t)$ during the second and third stages of membrane deformation for $\dot{q}_1=10$ MPa/hr: 1 — case of ideal slip, 2 — case of sticking

Download (98KB)
9. Figure 8. Dependence $\dot{q}(t^*)$ in logarithmic coordinates: 1 — case of ideal slip, 2 — case of sticking

Download (101KB)

Copyright (c) 2022 Authors; Samara State Technical University (Compilation, Design, and Layout)

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».