Turbofan jet engines are among the most complex and responsible constructions in the world. The creation of modern globally competitive engines is impossible without the use of digital twin technologies: a set of computational models that fully describe the behaviour of the structure under any operating conditions. Today, composite materials are widely used in many industries. In aircraft engines, their use is very promising for fan blades and fan case to reduce the overall weight of the engine and inertial loads. The dovetail joint of the fan blade works in compound stress conditions. To assess the strength of this element, it is necessary to consider a three-dimensional formulation of the problem, which requires significant computational resources. The use of composite materials is complicated by the complexity of preparing mesh models. A correct choice of the material strength criterion is another important factor that must be taken into account during the analysis of the mechanical behaviour of the thick-walled composite structures. The chosen criterion largely determines the reliability and weight efficiency of the composite structure. This paper considers the possibility of replacing the three-dimensional statement of the problem with a two-dimensional one when choosing rational reinforcing schemes for the dovetail joint of a CFRP fan blade at the initial stages using Daniel strength criterion.

Настоящая работа посвящена исследованию стадийности и макроскопической локализации пластической деформации в аустенитной нержавеющей стали 12Х18Н9Т в интервале температур 143 К < T < 420 К. Визуализация и эволюция полос макроскопической локализованной пластической деформации на разных стадиях деформационного упрочнения осуществлялась методом двухэкспозиционной спекл-фотографии (DESP), который позволяет регистрировать с высокой точностью поля смещений путем отслеживания изменений на поверхности исследуемого материала и последующего сравнения спеклограмм, зафиксированных в процессе одноосного растяжения. Форма диаграмм растяжения σ(ε) претерпевает существенное изменение при понижении температуры благодаря наведенному пластической деформацией γ-α'-фазовому превращению. Обработка деформационных кривых образцов стали позволила выделить следующие стадии деформационного упрочнения: стадии линейного упрочнения и стадии прерывистой текучести. Проведен сравнительный анализ расчетных диаграмм (с введением дополнительных параметров уравнения Людвигсона) и экспериментальных диаграмм растяжения стали 12Х18Н9Т для разных температур. Анализ распределений локальных деформаций показал, что на стадии линейного деформационного упрочнения наблюдается подвижная система эквидистантно расположенных очагов локализации пластической деформации. Установлена температурная зависимость параметров локализации пластической деформации на стадиях линейного деформационного упрочнения. В отличие от стадии линейного деформационного упрочнения, на стадии прерывистой текучести наблюдается распространение одиночных фронтов локализации пластической деформации, последовательно возникающих друг за другом по длине образца, обусловленных γ-α'-фазовым превращением и эффектом Портевена - Ле Шателье. Установлено, что на стадии прерывистой текучести, являющейся заключительной стадией перед разрушением образца, не происходит слияние очагов локализации деформации, ведущее к образованию шейки.

Старение композитов является повсеместной проблемой, которая приводит к ухудшению механических свойств, сокращению проектного срока службы конструкции и потенциальному преждевременному аварийному разрушению. Работа посвящена экспериментальному исследованию влияния предварительного температурного старения на остаточные механические свойства образцов конструкционного углепластика. Для этого была применена методика совместного использования испытательных систем и системы для регистрации и анализа сигналов акустической эмиссии. Проведены серии квазистатических испытаний образцов углепластика на межслоевой сдвиг по методу короткой балки до и после предварительных температурных воздействий при различных режимах. Испытания проводились на универсальных электромеханических системах Instron 5882 и Instron 5965 в соответствии с рекомендациями ASTM D2344. В процессе нагружения образцов производилась непрерывная регистрация сигналов акустической эмиссии при помощи системы AMSY-6. Применялся пьезоэлектрический преобразователь с частотным диапазоном 300-800 кГц. При проведении испытаний была осуществлена синхронизация испытательной и диагностической системы. В ходе работы были определены значения прочности при межслоевом сдвиге для образцов слоистого углепластика. Проиллюстрированы характерные виды разрушения образцов. При анализе изменения механических свойств углепластика от повышения температуры установлены критические значения температур, при которых происходит резкий спад прочностных и упругих характеристик материалов, обусловленный активной деструкцией связующего. Построены и проанализированы графики зависимости энергетического параметра и частотных характеристик сигналов акустической эмиссии от времени. Проведена оценка процессов накопления повреждений в композитах, показана смена механизмов накопления повреждений. Полученные результаты иллюстрируют влияние повышенных температур и продолжительности их воздействия на механическое поведение образцов конструкционного углепластика при статических испытаниях на межслоевой сдвиг.

Изучаются плоские контактные задачи теории упругости для клина, когда коэффициент Пуассона является произвольной, достаточно гладкой функцией угловой координаты, а модуль сдвига постоянный. При этом модуль упругости Юнга также является переменным по угловой координате. На одной грани клина задана конечная область контакта, не выходящая на угловую точку, а другая грань жестко заделана (задача А) либо свободна от напряжений (задача Б). Для сведения задач к интегральным уравнениям относительно контактного давления используется общее представление типа Фрайбергера решения уравнений упругого равновесия в полярной системе координат при переменном коэффициенте Пуассона. Точные решения вспомогательных краевых задач находятся при помощи интегрального преобразования Меллина. Для решения интегральных уравнений применяется регулярный асимптотический метод, эффективный для областей контакта, относительно удаленных от угловой точки. Показано, что для неоднородного материала в асимптотических решениях появляются логарифмические члены, отсутствующие в известных асимптотиках для однородного материала. Рассматривается контактная задача Б, которая отличается от задачи А учетом трения и шероховатости в области контакта. Шероховатость поверхности клина моделируется покрытием винклеровского типа. Для решения возникающего интегрального уравнения второго рода применяется метод коллокаций. В отличие от задачи А в задаче Б контактные давления на границе области контакта не имеют корневых особенностей и принимают конечные значения. Расчеты сделаны для случаев, когда коэффициент Пуассона и модуль упругости возрастает или убывает при удалении от поверхности клина.

Основной целью данной работы является статистический анализ вязкости разрушения компактных образцов, выполненных из стали S55C, в терминах упругих и пластических коэффициентов интенсивности напряжений. Для сравнительного статистического анализа параметров разрушения использованы результаты испытаний по определению вязкости разрушения при трехточечном изгибе. Вязкость разрушения определялась на образцах различной толщины, выполненных из стали S55C, содержащих предварительно выращенную трещину. Испытано по пять образцов различной толщины при постоянном отношении длины трещины к ширине образца. В результате испытаний получены значения разрушающей нагрузки для различных сочетаний длины трещины и толщины образца. Помимо этого, проведены испытания цилиндрических образцов на одноосное растяжение для определения основных механических свойств материала, которые были использованы при проведении численных расчетов. Для определения упругих и пластических коэффициентов интенсивности напряжений проведены численные исследования. На основе полученных в результате испытаний криволинейных форм фронта трещины сформированы трехмерные расчетные схемы метода конечных элементов. В результате численного расчета получены поля напряженно-деформированного состояния в области вершины трещины для каждого из испытанных образцов. На основе полученных полей рассчитывались значения пластических коэффициентов интенсивности вдоль криволинейных фронтов трещины. На основе полученных критических значений упругих и пластических коэффициентов интенсивности напряжений проведен статистический анализ вязкости разрушения компактных образцов, выполненных из стали S55C. Продемонстрированы преимущества использования пластического коэффициента интенсивности напряжений в качестве обобщенного параметра вероятности разрушения. Помимо этого, чувствительность пластического коэффициента интенсивности напряжений к эффектам стеснения позволяет избежать введения дополнительных параметров в статистические модели оценки вероятности разрушения.