ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ РАЗЛОЖЕНИЯ М. УИЛЬЯМСА ПОЛЯ НАПРЯЖЕНИЙ У ВЕРШИНЫ ТРЕЩИНЫ С ПОМОЩЬЮ МЕТОДА ЦИФРОВОЙ ФОТОУПРУГОСТИ И МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ



Цитировать

Полный текст

Аннотация

В статье описан способ определения параметров механики разрушения: коэффициентов интенсивности напряжений, Т-напряжений и коэффициентов высших приближений многопараметрического асимптотического разложения М. Уильямса у вершины трещины, основанный на экспериментальном методе цифровой фотоупругости и методе конечных элементов, реализованном в многофункциональном комплексе SIMULIA Abaqus. В рамках натурного эксперимента изготовлена и испытана целая серия образцов с трещинами и надрезами, с помощью которых реализован нормальный отрыв и смешанное нагружение образца с трещиной. С помощью основного закона фотоупругости вычислены коэффициенты многопараметрического асимптотического разложения М. Уильямса поля напряжений у вершины трещины. Полученные конечно-элементные решения задач для образцов той же конфигурации дали возможность вычисления коэффициентов асимптотического разложения. Сравнение коэффициентов, найденных экспериментально и численно, показало, что экспериментальные и численные значения коэффициентов разложения не отличаются друг от друга более чем на пять процентов, что говорит о хорошем совпадении численных расчетов с экспериментом.

Об авторах

Л. В. Степанова

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева

Автор, ответственный за переписку.
Email: morenov@ssau.ru
ORCID iD: 0000-0002-6693-3132

доктор физико-математических наук, доцент кафедры математического моделирования в механике

О. Н. Белова

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева

Email: morenov@ssau.ru
ORCID iD: 0000-0002-4492-223X

аспирант кафедры математического моделирования в механике

В. А. Туркова

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева

Email: morenov@ssau.ru
ORCID iD: 0000-0002-6975-9440

старший преподаватель кафедры математического моделирования в механике

Список литературы

  1. Jobin T.M., Khanderi S.N., Ramji M. Experimental of the strain intensity factor at the inclusion tip using digital elasticity // Optics and Lasers in Engineering. 2020. V. 126. P. 105855.
  2. Jobin T.M., Khaderi S.N., Ramji M. Experimental evaluation of the strain intensity factor at the rigid line inclusion tip embedded in an epoxy matrix using digital image correlation, Theoretical and Applied Fracture Mechanics. 2019. doi: 10.1016/j.tafmec.2019.102425.
  3. Brinez J.C., Martinez A.R., Branch J.W. Computational hydrid phase shifting technique applied to digital photoelasticity // Optik. 2018. V. 157. P.287–297. doi: 10.1016/j.ijleo.2017.11.060.
  4. Hariprasad M.P., Ramesh K. Analysis of contact zones from whole field isochromatics using reflection photoelasticity // Optics and Lasers in Engineering. 2018. V. 105. P. 86–92. doi: 10.1016/j.optlaseng.2018.01.005.
  5. Ramesh K., Pandey A. An improved normalization technique for white light photoelasticity // Optics and Lasers in Engineering. 2018. V. 109. P. 7–16. doi: 10.1016/j.optlaseng.2018.05.004.
  6. A low-level stress measurement method by integrating white light photoelasticity and spectometry /
  7. P.C. Sung // Optics and Laser Technology. 2018. V. 98. P. 33–45. doi: 10.1016/j.optlastec.2017.07.022.
  8. Patil P., Vysasarayani C.P., Ramji M. Linear least squares approach for evaluating crack tip fracture parameters using isochromatic and isoclinic data from digital photoelasticity // Optics and Lasers in Engineering. 2017. V. 93. P. 182–194. doi: 10.1016/j.optlaseng.2017.02.003.
  9. Ramakrishnan V., Ramesh K. Scanning schemes in white light Photoelasticity. Part II: Novel fringe resolution guided scanning scheme // Optics and Lasers in Engineering. 2017. V. 92. P. 141–149. doi: 10.1016/j.optlaseng.2016.05.010.
  10. Ramakrishnan V., Ramesh K. Scanning schemes in white light Photoelasticity. Part I: Critical assessment of existing schemes // Optics and Lasers in Engineering. 2017. V. 92. P. 129–140. doi: 10.1016/j.optlaseng.2016.06.016.
  11. Photostress analysis of stress-induced martensite phase transformation in superelastic NiTi / B. Katachi // Materials and Science and Engineering A. 2017. V. 688. P. 202–209. doi: 10.1016/j.msea.2017.01.111.
  12. Гооге С.Ю., Таболин И.С., Шрон Л.Б. Фотоупругость и траектория трещин разрушения. Часть 1. Теоеретические основы // Ученые записки Крымского инженерно-педагогического университета. 2017. № 4(58). C. 120–128. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=32400940.
  13. Гооге С.Ю., Таболин И.С., Шрон Л.Б. Фотоупругость и траектория трещин разрушения. Часть 2. Продолжение. Результаты эксперимента // Ученые записки Крымского инженерно-педагогического университета. 2018. № 1(59). C. 176–182. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=34958078.
  14. Демидов А.С. Метод фотоупругости и его применение в лабораториях МАИ // Двигатель. 2018. № 3(117).
  15. С. 10–11. URL: http://engine.aviaport.ru/issues/117/pics/pg10.pdf.
  16. .
  17. Брюховецкая Е.В., Конищева О.В., Кудрявцев И.В. Исследование напряженного состояния железнодорожного рельса трехэкспозиционным методом голографической фотоупругости // Журнал Сибирского федерального университета. Сер.: Техника и технология. 2019. Т. 12. № 3. C. 323–330. doi: 10.17516/1999-494X-0139.
  18. Челяпина О.И., Исаченко В.В. Автоматизация процессов исследования остаточных напряжений методом цифровой фотоупругости // Приложение к журналу Вестник Тамбовского университета. 2018. С. 307–309. doi: 10.20310/1810-0198-2018-23-122p-307-309.
  19. Combining the crack compliance method and speckle interferometry data for determination of stress intensity factors and T-stress / V.S. Pisarev // Engineering Fracture Mechanics. 2017. V. 179. P. 348–374. doi: 10.1016/j.engfracmech.2017.04.029.
  20. Investigation of effective stress intensity factors during overload fatigue cycles using photoelastic and DIC techniques / J.M. Vasco-Olmo // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. 2018. V. 97. P. 73–86. doi: 10.1016/j.tafmec.2018.07.011.
  21. Advancement of Optical Methods and Digital Image Correlation in Experimental Mechanics by Luciano Lamberti, Ming-Tzer Lin and others. Springer, 2018, 242 p. doi: 10.1007/978-3-319-41600-7
  22. Molimard J. Experimental Mechanics of Solids and Structures. London: Willey, 2016. 149 p. URL: https://b-ok.cc/book/2713894/fbbb66.
  23. Experimental Stress Analysis for Materials and Structures: Stress Analysis Models for Developing Design Methodologies (Springer Series in Solid and Structural Mechanics). New York: Springer, 2015. 498 p. doi: 10.1007/978-3-319-06086-6.
  24. Grediac M., Hild F. Full-field Measurements and Identification in Solid Mechanics. London: ISTE, 2011. URL: https://avidreaders.ru/read-book/full-field-measurements-and-identification-in.html.
  25. Pierron F., Grediac M. The Virtual Fields Method, Extracting Constitutive Mechanical Parameters from Full-Field Deformation Measurements. New York: Springer, 2012. doi: 10.1007/978-1-4614-1824-5.
  26. Экспериментальные исследования свойств материалов при сложных термомеханических воздействиях / под ред. В.Э. Вильдемана. М.: Физматлит, 2012. 204 с. URL: https://www.rfbr.ru/rffi/ru/books/o_1782532#1.
  27. Advancement of Optical Methods in Experimental Mechanics, V. 3: Proceedings of the 2016 Annual Conference on Experimental and Applied Mechanics. S. Yoshida, L. Lamberti. Springer, 2016. 219 p. doi: 10.1007/978-3-319-41600-7.
  28. Advancement of Optical Methods in Experimental Mechanics, Volume 3: Proceedings of the 2014 Annual Conference on Experimental and Applied Mechanics. Helena Jin, Cesar Sciammarella (Eds.). Springer, 2015. 421 p. doi: 10.1007/978-3-319-06986-9.
  29. Rotating Machnery, Hybrid Test Methods, Vibro-Acoustics and Laser Vibrometry, Volume 8. Proceedings of the 34th IMAC, A Conference and Exposition on Dynamics of Multiphysical Systems: From Active Materials to Vibroacoustic. Berlin: Springer, 2016. 462 p. doi: 10.1007/978-3-319-54648-3.
  30. Shukla A., Dally J.W. Experimental Solid Mechanics // College House Enterprises, 2014. 688 p.
  31. Чернятин А.С., Разумовский И.А., Матвиенко Ю.Г. Оценка размеров зоны неупругого деформирования у вершины трещины на основе анализа полей перемещений // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2016. Т. 82. № 12. С. 45–51. URL: https://www.zldm.ru/jour/article/view/348.
  32. Разумовский И.А., Чернятин А.С., Фомин А.В. Экспериментально-расчетные методы определения напряженно-деформированного состояния элементов конструкций // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2013. Т. 79. № 10. С. 57–64. URL: http://old-zldm.ru/content/article.php?ID=1664.
  33. On the validation of the integrated DIC with taperd double cantilever beams test / T.M. Grabois // Engineering Fracture Mechanics. 2018. V. 191. P. 311–323. doi: 10.1016/j.engfracmech.2017.12.015.
  34. Левин В.А. Модели и методы. Образование и развитие дефектов. Нелинейная вычислительная механика прочности. Т. I. М.: Физматлит, 2015. 456 с.
  35. Левин В.А., Вершинин А.В. Численные методы. Параллельные вычисления на ЭВМ. Нелинейная вычислительная механика прочности. Т. II. М.: Физматлит, 2015. 544 с.
  36. Galvanetto U., Aliabadi M.H.F. (Editors). Multiscale Modeling in Solid Mechanics: Computational Approaches (Computational and Experimental Methods in Structures). London: Imperial College Press, 2009. 352 p. URL: https://ru.b-ok.org/book/1059039/7e5258.
  37. Carlomagno G.M., Poljak D., Brebbia C.A. Computational Methods and Experimental Measurements XVII (Wit Transactions on Modelling and Simulation). WIT Press, 2015. 564 p.
  38. Vesely V., Sobek J., Seitl S. Multi-parameter approximation of the stress field in a cracked body in the moredistant surrounding of the crack tip // International Journal of Fatigue. 2016. Vol. 89. P. 20–35. doi: 10.1016/j.ijfatigue.2016.02.016.
  39. Malikova L., Vesely V., Seitl S. Crack propagation direction in a mixed mode geometry estimated via multi-parameter fracture criteria // International Journal of Fatigue. 2016. V. 89. P. 99–107. doi: 10.1016/j.ijfatigue.2016.01.010.
  40. Malikova L. Multi-parameter fracture criteria for the estimation of crack propagation direction applied to a mixed-mode geometry // Engineering Fracture Mechanics. 2015. V. 143. P. 32–46.
  41. Чернятин А.С. Оценка взаимного влияния пересекающихся сквозных трещин // Известия высших учебных заведений. Сер.: Машиностроение. 2015. № 11(668). C. 62–67. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=24863396.
  42. Степанова Л.В., Росляков П.С. Полное асимптотическое разложение М. Уильямса у вершин двух коллинеарных трещин конечной длины в бесконечной пластине// Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Сер.: Механика. 2015. № 4. C. 188–225. doi: 10.15593/perm.mech/2015.4.12.
  43. Lopez-Moreno A., Zanganeh M. Evaluation of crack-tip fields from DIC data: A parameter study // International Journal of Fatigue. 2016. V. 89. P. 11–19. doi: 10.1016/j.ijfatigue.2016.03.006.
  44. Combining the crack compliance method and speckle interferometry data for determination of stress intensity factors and T-stress / V.S. Pisarev // Engineering Fracture Mechanics. 2017. V. 179. P. 348–374. doi: 10.1016/j.engfracmech.2017.04.029.
  45. Residual stress determination by optical interferometric measurements of hole diameter increments / V. Pisarev // Optics and Lasers in Engineering. 2018. V. 110. P. 437–456. doi: 10.1016/j.optlaseng.2018.06.022.
  46. Odintsev I.N., Plugatar T.P. Compensation for rigid body displacements in study of local deformations using electronic speckle pattern interferometry // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. V. 489. Issue 1. P. 012021. doi: 10.1088/1757-899X/489/1/012021.
  47. Применение оптико-корреляционных методов в задачах экспериментальной механики / И.Н. Одинцев // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. 2015. №1(51). С. 152–160. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=23937434.
  48. Исследование процесса распространения трещины по данным измерений локального деформационного отклика. I. Поле действующих напряжений / С.И. Елеонский // Ученые записки ЦАГИ. 2015. Т. 46. № 7. C. 55–80. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=24344617.
  49. Hello G., Tahar M.B., Roelandt J.-M. Analytical determination of coefficients in crack-tip stress expansions for a finite crack in an infinite plane medium // International Journal of Solids and Structures. 2012. V. 49. P. 556–566. doi: 10.1016/j.ijsolstr.2011.10.024.
  50. Hello G. Derivation of complete crack-tip stress expansions from Westergaard-Sanford solutions // International Journal of Solids and Structures. 2018. Vol. 144–145, pp. 265–275. doi: 10.1016/j.ijsolstr.2018.05.012 .
  51. Степанова Л.В. Асимптотический анализ поля напряжений у вершины трещины (учет высших приближений) // Сибирский журнал вычислительной математики. 2019. Т. 22. № 3. С. 345–361. DOI: https://doi.org/10.15372/SJNM20190307.
  52. Степанова Л.В. Влияние высших приближений в асимптотическом разложении М. Уильямса поля напряжений на описание напряженно-деформированного состояния у вершины трещины. Часть I // Вестник Самарского университета. Естественнонаучная серия. 2019. Т. 25. № 1. С. 63–79. doi: 10.18287/2541-7525-2019-25-1-63-79.
  53. Степанова Л.В. Влияние высших приближений в асимптотическом разложении М. Уильямса поля напряжений на описание напряженно-деформированного состояния у вершины трещины. Часть II // Вестник Самарского университета. Естественнонаучная серия. 2019. Т. 25. № 1. С. 80–96. DOI: https://doi.org/10.18287/2541-7525-2019-25-1-80-96.
  54. Теоретико-экспериментальное исследование направления роста трещины. Часть I / В.С. Долгих // Вестник Самарского университета. Естественнонаучная серия. 2019. Т. 2. № 2. С. 30–54. doi: 10.18287/2541-7525-2019-25-2-30-54.
  55. Теоретико-экспериментальное исследование направления роста трещины. Часть II / В.С. Долгих // Вестник Самарского университета. Естественнонаучная серия. 2019. Т. 25. № 2. С. 55–74. doi: 10.18287/2541-7525-2019-25-2-55-74.
  56. Karihaloo B.L., Xiao Q.Z. Accurate determination of the coefficients of elastic crack tip asymptotic field by a hibrid crack element with p-adaptivity // Engineering Fracture Mechanics. 2001. № 68. P. 1609–1630. doi: 10.1016/S0013-7944(01)00063-7.
  57. Stepanova L.V., Roslyakov P.S. Complete Williams asymptotic expansion of the stress field near the crack tip: analytical solutions, interference-optic methods and numerical experiments // AIP Conference Proceedings of the 10th International Conference on Mechanics, Resource and Diagnostics of Materials and Structures. 2016. P. 030029. doi: 10.1063/1.4967050.
  58. Stepanova L.V., Yakovleva E.M. Asymptotic stress field in the vicinity of a mixed-mode crack under plane stress conditions for a power-law hardening material// Journal of Mechanics of Materials and Structures. 2015. V. 10. №3. P. 367–393. doi: 10.2140/jomms.2015.10.367
  59. Vivekanandan A., Ramesh K. Study of interaction effects of asymmetric cracks under biaxial loading using digital photoelasticity // Theoretical and applied Fracture Mechanics. 2019. V. 99. P. 104–117. doi: 10.1016/j.tafmec.2018.11.011.
  60. Stepanova L.V., Roslyakov P.S., Lomakov P.N. A photoelastic study for multiparametric analysis of the near crack tip stress field under mixed mode loading// Procedia Structural Integrity. 2016. V. 2. P. 1797–1804.
  61. Косыгин А.Н., Косыгина Л.Н. Цифровая обработка экспериментальных интерферограмм, полученных методом фотоупругости // Вестник Самарского университета. Естественнонаучная серия. 2019. Т. 25. № 2. С. 75–91. DOI: http://dx.doi.org/10.18287/2541-7525-2019-25-2-75-91.
  62. Ramesh K., Gupta M., Kelkar A. A. Evaluation of stress field parameters in fracture mechanics by photoelastisity-revisited // Engineering Fracture Mechanics. 1997. V. 56. P. 1–25. DOI: https://doi.org/10.1016/S0013-7944(96)00098-7.
  63. Gupta M., Alderliesten R. C., Benedictus R. A review of T-stress and its effects in fracture mechanics // Solid State Phenomena. 2015. V. 134. P. 218–241. doi: 10.1016/j.engfracmech.2014.10.013.
  64. Surendra K.V.N., Simha K.R.Y. Design and analysis of novel compression fracture specimen with constant form factor: Edge cracked semicircular disk (ECSD) // Engineering Fracture Mechanics. 2013. V. 102. P. 235–248. doi: 10.1016/j.engfracmech.2013.02.014.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Степанова Л.В., Белова О.Н., Туркова В.А., 2019

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 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