Отправить статью по E-mail Моделирование процесса равновесного роста трещины в композитном образце с позиций механики закритического деформирования
- Авторы: Вильдеман В.Э.1, Мугатаров А.И.1
-
Учреждения:
- Пермский национальный исследовательский политехнический университет
- Выпуск: Том 26, № 1 (2022)
- Страницы: 48-61
- Раздел: Механика деформируемого твердого тела
- URL: https://bakhtiniada.ru/1991-8615/article/view/81447
- DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu1886
- ID: 81447
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Обеспечение прочностной надежности и безопасности конструкций требует изучения вопросов возникновения и равновесного роста трещин. Существует аналогия между подходами механики распространения трещин и феноменологической механики разрушения, строящейся на основе использования полных диаграмм деформирования. Для описания процессов деформирования тел с трещинами целесообразно использовать разработанные ранее модели механики закритического деформирования, позволяющие описывать равновесные процессы накопления повреждений, сопровождающиеся разупрочнением. В работе на примере численного, с использованием когезионных элементов, моделирования межслойного разрушения композитного образца продемонстрирована реализация полной диаграммы деформирования материала вблизи вершины трещины. Построены расчетные диаграммы нагружения, на которых отображены точки появления зоны закритического деформирования и начала роста трещины. Выявлена связь между модулем спада материала и максимальными значениями расчетной нагрузки, раскрытия и длины пророщенной трещины. Отмечено влияние жесткости нагружающей системы. Сделан вывод о целесообразности рассмотрения задач моделирования процессов деформирования и разрушения конструкций с применением когезионных элементов с позиций механики закритического деформирования.
Полный текст
Открыть статью на сайте журналаОб авторах
Валерий Эрвинович Вильдеман
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Email: wildemann@pstu.ru
ORCID iD: 0000-0002-6240-4022
SPIN-код: 8689-1617
Scopus Author ID: 6602639921
ResearcherId: J-2800-2013
http://www.mathnet.ru/person45918
доктор физико-математических наук, профессор; заведующий кафедрой; каф. экспериментальной механики и конструкционного материаловедения
Россия, 614990, Пермь, Комсомольский проспект, 29Артур Ильдарович Мугатаров
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: cem_mugatarov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2229-8181
http://www.mathnet.ru/person177635
магистрант; каф. экспериментальной механики и конструкционного материаловедения
Россия, 614990, Пермь, Комсомольский проспект, 29Список литературы
- Вильдеман В. Э., Соколкин Ю. В., Ташкинов А. А. Механика неупругого деформирования и разрушения композиционных материалов. М.: Наука, 1997. 288 с.
- Вильдеман В. Э. О решениях упругопластических задач с граничными условиями контактного типа для тел с зонами разупрочнения // ПММ, 1998. Т. 62, № 2. С. 304–312.
- Керштейн И. М., Клюшников В. Д., Ломакин Е. В., Шестериков С. А. Основы экспериментальной механики разрушения. М.: Моск. ун-т, 1989. 140 с.
- Бажуков П. С., Вильдеман В. Э., Ильиных А. В., Третьяков М. П. Влияние жесткости нагружающей системы на равновесный рост трещин при квазистатическом нагружении // Вестник ПНИПУ. Механика, 2013. № 2. С. 7–20.
- Волков С. Д., Ставров В. П. Статистическая механика композитных материалов. Минск: БГУ, 1978. 206 с.
- Баренблатт Г. И. О равновесных трещинах образующихся при хрупком разрушении. Общие представления и гипотезы. Осесимметричные трещины // ПММ, 1959. Т. 23, № 3. С. 434–444.
- Rice J. R. Mathematical analysis in the mechanics of fracture / Fracture: An Advanced Treaties. vol. 2, Mathematical Fundamentals (ed. H. Liebowitz). New York: Academic Press, 1968. pp. 191–311. http://esag.harvard.edu/rice/018_Rice_MathAnalMechFract_68.pdf.
- Dugdale D. S. Yielding of steel sheets containing slits // J. Mech. Phys. Solids, 1960. vol. 8, no. 2. pp. 100–104. https://doi.org/10.1016/0022-5096(60)90013-2.
- Панасюк В. В. Предельное равновесие хрупких тел с трещинами. Киев: Наук. думка, 1968. 246 с.
- Леонов М. Я. Элементы теории хрупкого разрушения // ПМТФ, 1961. № 3. С. 85–92.
- Внук М. П. Модель когезионной зоны с учетом параметра трехосности // Физ. мезомех., 2001. Т. 4, № 4. С. 9–19.
- Wecharatana M., Shah S. P. Predictions of nonlinear fracture process zone in concrete // J. Eng. Mech., 1983. vol. 109, no. 3. pp. 1231–1246. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9399(1983)109:5(1231).
- Bažant Z. P., Oh B. H. Crack band theory for fracture of concrete // Mat. Constr., 1983. vol. 16, no. 3. pp. 155–177. https://doi.org/10.1007/BF02486267.
- Ingraffea A. R., Gerstle W. H. Non-linear fracture models for discrete crack propagation / Application of Fracture Mechanics to Cementitious Composites / NATO ASI Series, 94. Dordrecht: Springer, 1985. pp. 247–285. https://doi.org/10.1007/978-94-009-5121-1_9.
- Shlyannikov V. N., Martínez Pañeda E., Tumanov A. V., Tartygasheva A. M. Crack tip fields and fracture resistance parameters based on strain gradient plasticity // Int. J. Sol. Struct., 2021. vol. 208–209. pp. 63–82. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2020.10.015.
- Волков С. Д., Дубровина Г. И., Соковнин Ю. П. О краевой задаче механики разрушения // Пробл. прочности, 1978. № 1. С. 3–7.
- Гольдштейн Р. В., Перельмутер М. Н. Трещина на границе соединения материалов со связями между берегами // Изв. РАН. МТТ, 2001. № 1. С. 94–112.
- Линьков А. М. Потеря устойчивости при разупрочнении / Исследования по упругости и пластичности. Т. 14, Проблемы механики деформируемого твердого тела. Л.: ЛГУ, 1982. С. 41–46.
- Чаусов Н. Г., Богданович А. З. Моделирование кинетики деформирования материала в зоне предразрушения // Пробл. прочности, 2003. № 2. С. 54–65.
- Радченко В. П., Горбунов С. В. Метод решения краевой упругопластической задачи о растяжении полосы с концентраторами напряжений с учетом локальных областей пластического разупрочнения материала // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 2014. Т. 4(37). С. 98–110. https://doi.org/10.14498/vsgtu1366.
- Schwalbe K.-H., Scheider I., Cornec A. Guidelines for Applying Cohesive Models to the Damage Behaviour of Engineering Materials and Structures. Heidelberg: Springer, 2003. xii+89 pp. https://doi.org/10.1007/978-3-642-29494-5.
- Carpinteri A., Cornetti P., Barpi F., Valente S. Cohesive crack model description of ductile to brittle size-scale transition: dimensional analysis vs. renormalization group theory // Eng. Fract. Mech., 2003. vol. 70, no. 14. pp. 1809–1839. https://doi.org/10.1016/S0013-7944(03)00126-7.
- de Borst R. Numerical aspects of cohesive-zone models // Eng. Fract. Mech., 2003. vol. 70, no. 14. pp. 1743–1757. https://doi.org/10.1016/S0013-7944(03)00122-X.
- Khan M. A., Silberschmidt V. V., El-Rimawi J. Controlled failure warning and mitigation of prematurely failing beam through adhesive // Compos. Struct., 2017. vol. 161. pp. 119–131. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2016.11.049.
- Piculin S., Nicklisch F., Brank B. Numerical and experimental tests on adhesive bond behaviour in timber-glass walls // Int. J. Adh. Adh., 2016. vol. 70. pp. 204–217. https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2016.06.012.
- Xu W., Yu H., Tao C. Damage and stress evolution in the bondlines of metallic adhesively bonded joints accompanied by bondline thickness effect // Int. J. Adh. Adh., 2015. vol. 59. pp. 86–97. https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2015.02.007.
- Belnoue J. P. H., Hallett S. R. Cohesive/adhesive failure interaction in ductile adhesive joints. Part I: A smeared-crack model for cohesive failure // Int. J. Adh. Adh., 2016. vol. 68. pp. 359–368. https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2016.03.009.
- Valoroso N., de Barros S. Adhesive joint computations using cohesive zones // Appl. Adhes. Sci., 2013. vol. 1, 8. https://doi.org/10.1186/2196-4351-1-8.
- Silva D. F. O., Campilho R. D. S. G., Silva F. J. G, Carvalho U. T. F. Application a direct/cohesive zone method for the evaluation of scarf adhesive joints // Appl. Adhes. Sci., 2018. vol. 6, no. 1, 13. https://doi.org/10.1186/s40563-018-0115-2.
- Feklistova E. V., Tretyakov M. P., Wildemann V. E. Numerical implementation issues of the deformation and destruction process of bodies with stress concentrators // AIP Conf. Proc., 2021. vol. 2371, 050002. https://doi.org/10.1063/5.0059553.
Дополнительные файлы
