СМЕШАННОЕ ДЕФОРМИРОВАНИЕ ПЛАСТИНЫ С ТРЕЩИНОЙ В УСЛОВИЯХ ПЛОСКОГО НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ

Аннотация


Статья посвящена анализу напряженно-деформированного состояния в окрестности вершины трещины в материале со степенным определяющим законом в условиях смешанного нагружения: при приложении к пластине с трещиной нормальной растягивающей и поперечной сдвиговой нагрузки. С помощью метода разложения по собственным функциям найдено напря- женно-деформированное состояние вблизи вершины трещины в материале со степенными оп- ределяющими уравнениями в предположении реализации плоского напряженного состояния. Вид смешанного нагружения задается параметром смешанности нагружения, изменяющимся от нуля до единицы. Нулевое значение отвечает поперечному сдвигу, значение, равное единице, соот- ветствует нормальному отрыву. Показано, что метод разложения по собственным функциям при- водит к нелинейной задаче на собственные значения, численное решение которой получено для всех значений параметра смешанности нагружения и всех практически важных значений показа- теля нелинейности материала. Найдено, что смешанное нагружение пластины с дефектом при- водит к изменению особенности поля напряжений вблизи кончика трещины, к решению, отлич- ному от классического решения Хатчинсона - Райса - Розенгрена. Решение нелинейной задачи на собственные значения также получено с помощью метода возмущений (метода малого пара- метра), в рамках которого вводится малый параметр, представляющий собой разность между собственным значением, отвечающим нелинейной задаче, и собственным значением, соответст- вующим невозмущенной линейной задаче. Проведенный анализ ясно указывает на изменение особенности поля напряжений в непосредственной окрестности вершины трещины в условиях смешанного деформирования. Построены угловые распределения компонент тензора напряже- ний (собственные функции) в полном диапазоне значений параметра смешанности нагружения.

Об авторах

Л В Степанова

Самарский государственный университет

Email: stepanovalv@samsu.ru
443011, г. Самара, ул. Академика Павлова, 1

Е М Яковлева

Самарский государственный университет

Email: adulinaem@samsu.ru
443011, г. Самара, ул. Академика Павлова, 1

Список литературы

  1. Wei R.P. Fracture Mechanics. Integration of Mechanics, Materials Science and Chemistry. - Cambridge: Cambridge University Press, 2014. - 232 p.
  2. Duality. Symmetry and symmetry lost in solid mechanics. Selected works of H.D. Bui / Eds. A. Ehrlacher, H. Markenscoff. - Paris: Presses des Ponts, 2011. - 396 p.
  3. Пестриков В.М., Морозов Е.М. Механика разрушения: курс лек-ций. - СПб.: Профессия, 2012. - 552 с.
  4. Kuna M. Finite Element in Fracture Mechanics. Theory-Numerics-Applications. - Dordrecht: Springer, 2013. - 336 p.
  5. Экспериментальные исследования свойств материалов при слож-ных термомеханических воздействиях / под ред В.Э. Вильдемана. - М.: Физматлит, 2012. - 204 с.
  6. Шлянников В.Н., Кислова С.Ю. Параметры смешанных форм де-формирования для трещины в виде математического разреза // Известия Саратовского университета. Математика. Механика. Информатика. - 2009. - Т. 9. - Вып. 1. - С. 77-84.
  7. Шлянников В.Н., Кислова С.Ю., Туманов А.В. Поля напряжений в вершине наклонных трещин образцов различных геометрий// Труды Академэнерго. - 2013. - № 2. - С. 79-90.
  8. Шлянников В.Н. Решение задач нелинейного деформирования и разрушения материалов при сложном напряженном состоянии // Физическая мезомеханика. - 2012. - № 1. - С. 57-67.
  9. Развитие пластических зон и поврежденности при различных ви-дах нагружения / Л.Р. Ботвина, Н.А. Жаркова, М.Р. Тютин, А.П. Сол¬датенков, Ю.А. Демина, В.П. Левин // Заводская лабора-тория. Диагностика материалов. - 2013. - Т. 79, № 5. - С. 46-55.
  10. Berto F., Lazzarin P. Multiparametric full-filed representations of the in-plane stress fields ahead of cracked components under mixed mode loading // International Journal of Fatigue. - 2013. - Vol. 46. - P. 16-26.
  11. Hello G., Tahar M.B., Roelandt J.M. Analytical determination of coef-ficients in crack-tip stress expansions for a finite crack in an infinite plane medium // International Journal of Solids and Structures. - 2012. - Vol. 49. - P. 556-566.
  12. Вансович К.А., Ядров В.И. Усталостные испытания стальных крестообразных образцов с поверхностной трещиной при двух-осном нагружении // Омский научный вестник. - 2012. - № 3(113). - С. 117-121.
  13. Вансович К.А., Ядров В.И. Экспериментальное изучение скорости роста поверхностных трещин в алюминиевом сплаве АК6 и в стали 20 при двухосном нагружении // Известия Самарского научного центра РАН. - 2012. - Т. 15, № 4-2. - С. 436-438.
  14. Шлянников В.Н., Захаров А.П., Герасименко А.А. Характеристи-ки циклической трещиностойкости стали СТ-3 при двухосном нагружении // Труды Академэнерго. - 2013. - № 4. - C. 91-101.
  15. Степанова Л.В., Адылина Е.М. Автомодельное решение задачи о смешанном деформировании пластины с трещиной в среде с по-врежденностью // Вестник Самарского государственного университета. - 2013. - № 9.1 (110). - С. 76-93.
  16. Ломакин Е.В., Мельников А.М. Пластическое плоское напряжен-ное состояние тел, свойства которых зависят от вида напряжен-ного состояния // Вычислительная механика сплошных сред. - 2009. - Т. 2, № 2. - С. 48-64.
  17. Ломакин Е.В., Мельников А.М. Задачи плоского напряженного состояния тел с вырезами, пластические свойства которых зави-сят от вида напряженного состояния // Известия РАН. Механика твердого тела. - 2011. - № 1. - С. 77-94.
  18. Мельников А. М. Плоское напряженное состояние полосы из ма-териала, свойства которого зависят от вида напряженного состояния // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. - 2011. - № 4. - С. 2352-2353.
  19. Вильдеман В.Э., Ломакин Е.В., Третьяков М.П. Закритическое деформирование сталей при плоском напряженном состоянии // Изв. РАН. МТТ. - 2014. - № 1. - С. 26-36.
  20. Андрианов И., Аврейцевич Я. Методы асимптотического анализа и синтеза в нелинейной динамике и механике деформируемого твердого тела / Институт компьютерных исследований. - М.; Ижевск, 2013. - 276 с.
  21. Asymptotic Methods in the Theory of Plates with Mixed Boundary Con¬ditions / I. Andrianov, J. Awrejcewicz, V. Danishevs’kyy, A. Ivan¬kov. - New York: Wiley, 2014. - 286 p.
  22. Nayfeh А.H. Perturbation Methods. - New York: Wiley, 2000. - 437 с.
  23. Nayfeh А.H. The Method of Normal Forms. - New York: Wiley - VCH, 2011. - 342 с.
  24. Stepanova L.V. Eigenspectra and orders of stress singularity at a mode I crack tip for a power-law medium // Comptes Rendus - Mecanique. - 2008. - Vol. 336. - No. 1-2. - P. 232-237.
  25. Степанова Л.В. Анализ собственных значений в задаче о трещине в материале со степенным определяющим законом // Журнал вычислительной математики и математической физики. - 2009. - Т. 49, № 8. - С. 1399-1415.
  26. Stepanova L.V., Igonin S.A. Perturbation method for solving the non-linear eigenvalue problem arising from fatigue crack growth problem in a damaged medium // Applied Mathematical Modelling. - 2014. - Vol. 38. - P. 3436-3455. doi: 10.1016/j.apm.2013.11.057
  27. Степанова Л.В. О собственных значениях в задаче о трещине ан-типлоского сдвига в материале со степенными определяющими уравнениями // Прикладная механика и техническая физика. - 2008. - Т. 49, № 1(287). - С. 173-180.
  28. Voyiadis G.Z. Handbook of Damage Mechanics. Nano to Macro scale for Materials and Structures. - Berlin: Springer, 2014. - 1000 p.
  29. Степанова Л.В., Федина М.Е. Автомодельное решение задачи о трещине отрыва в связанной постановке // Прикладная математи-ка и механика. - 2008. - Т. 72, № 3. - P. 516-527.
  30. Stepanova L.V., Igonin S.A. Higher-order asymptotic solution for the fatigue crack growth problem based on continuum damage mechan-ics// Procedia Materials Science. - 2014. - Vol. 3C. - P. 421-427. doi: 10.1016/j.mspro.2014.06.071
  31. Stepanova L.V., Adulina E.M. Self-similar solutions to the creep crack problem in a damaged medium under mixed loading conditions // Procedia Materials Science. - 2014. - Vol. 3C. - P. 948-954. doi: 10.1016/j.mspro.2014.06.154
  32. Murakami S. Continuum Damage Mechanics. A Continuum Mechan-ics Approach to the Analysis of Damage and Fracture. - Dordrecht: Springer, 2012. - 423 p.
  33. Barenblatt G.I. Flow, deformation and fracture lectures on fluid me-chanics and mechanics of deformable solids for mathematicians and physicists. - Cambridge: Cambridge University Press, 2014. - 273 p.
  34. Barenblatt G.I. Similarity, Self-similarity and Intermediate Asym-ptotics. - Berlin: Springer, 2013. - 240 p.

Статистика

Просмотры

Аннотация - 185

PDF (Russian) - 337

Cited-By


PlumX


© Степанова Л.В., Яковлева Е.М., 2014

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах