Определение коэффициента интенсивности напряжений по термодинамическим параметрам
https://doi.org/10.52170/1815-9265_2024_71_66
Аннотация
В работе рассмотрен подход к определению коэффициента интенсивности напряжений (КИН) в вершине усталостной трещины на базе принципов термодинамики. В основе предложенного под- хода лежит модель Вестергаарда: изменение величины КИН ΔKI за цикл наблюдений (например, за время прохождения поезда по мосту) определяется по данным о напряженном состоянии вокруг вершины трещины. Такие данные получают методом инфракрасной термографии с использованием зависимости Кельвина между изменением суммы главных напряжений и изменением температуры поверхности вблизи вершины трещины. При этом знания длины трещины для вычисления КИН не требуется.
В работе представлены результаты экспериментальных исследований развития усталостной трещины на образце, который имитирует работу участка стенки балки металлического пролетного строения, подкрепленной ребром жесткости с вырезом у вершины сварного шва. Для таких участков характерно развитие усталостных трещин типа Т-9, Т-10.
В статье рассмотрены условия применения метода инфракрасной термографии для определения поля напряжений вокруг вершины трещины, определены границы области выбора напряжений для вычисления КИН, а также требования к улучшению отношения сигнал/шум при использовании термографии.
Результаты исследования представлены в виде сопоставления значений КИН для экспериментального образца при различной длине усталостной трещины, рассчитанных известным методом линейной механики разрушения и разработанным на основе термодинамического подхода методом, показано хорошее их совпадение.
Об авторах
Л. Ю. Соловьев
Сибирский государственный университет путей сообщения
Россия
Россия
Леонид Юрьевич Соловьев, доцент кафедры «Мосты», заведующий отделом автоматизированных систем управления и проектирования СибНИИ мостов, кандидат технических наук
Новосибирск
Р. В. Чернавин
Сибирский государственный университет путей сообщения
Россия
Россия
Роман Вячеславович Чернавин, преподаватель кафедры «Графика»
Новосибирск
Список литературы
1. Paris P. C., Erdogan F. Critical Analysis of Crack Propagation Laws // Journal of Basic Engineering; Transaction, American Society of Mechanical Engineers. 1963. No. 85. P. 528–534.
2. Седов Л. И. Механика сплошной среды. Том 3. Москва : Наука, 1970. 568 с.
3. Тихомиров В. М., Тырин В. П. Использование метода рассеянного света для определения коэффициента интенсивности напряжений К III в трехмерных задачах // Прикладная механика и техническая физика. 1990. Т. 31, № 3. С. 167–170.
4. Тихомиров В. М. Определение коэффициентов интенсивности напряжений методом фотоупругости в трехмерных задачах механики разрушения // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2004. № 2. С. 94–100.
5. Лурье А. И. Теория упругости. Москва : Наука, 1970. 940 с.
6. Зарубин В. С., Кувыркин Г. Н. Математические модели механики и электродинамики сплошной среды. Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008. 512 с.
7. Инструкция по содержанию искусственных сооружений : утверждена распоряжением ОАО «РЖД» от 02.10.2020 № 2193/р. URL: https://mintrans.gov.ru/file/473937 (дата обращения: 20.04.2024).
8. Маликов М. Ю., Соловьев Л. Ю., Неровных А. А. Экспериментальные исследования скорости роста усталостных трещин в сварных конструкциях железнодорожных мостов // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2023. № 2 (65). С. 82–90.
9. Соловьев Л. Ю., Федоренко В. А. Применение теплового метода контроля усталостных повреждений в сварных конструкциях пролетных строений автодорожных мостов // Дороги и мосты. 2022. № 1 (47). С. 187–209.
10. Соловьев Л. Ю., Федоренко В. А. Усовершенствование метода оценки характеристик усталостных трещин в сварных металлических конструкциях мостов тепловым способом // Дороги и мосты. 2022. № 2 (48). С. 113–139.
11. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU. Программа обработки термографических записей для выявления усталостных повреждений в сварных конструкциях металлических мостов IRWS / Соловьев А. Л., Соловьев Л. Ю., Федоренко В. А : № 2022610420 : заявл. 23.12.2021 : опубл. 12.01.2022.
12. Measuring stress intensity factor during fatigue crack growth using thermoelasticity / F. A. Diaz, E. A. Patterson, R. A. Tomlinson, J. R. Yates // Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. 2004. No. 27 (7). P. 571–573.
13. Исследование скорости диссипации энергии в вершине усталостной трещины / А. Ю. Изюмова, О. А. Плехов, А. Н. Вшивков [и др.] // Письма в журнал технической физики. Т. 40, вып. 18. Пермь : ФТИ им. А. Ф. Иоффе, 2014. С. 72–77.
14. Федорова А. Ю., Банников М. В., Плехов О. А. Применения метода инфракрасной термографии для определения параметров линейной механики трещин // Вестник ПНИПУ. Механика. 2012. № 2. С. 214–225.
15. Fatigue crack initiation and growth in a 35CrMo4 steel investigated by infrared thermography / O. Plekhov, T. Palin-Luc, O. Naimark [et al.] // Fatigue and fracture of engineering materials and structures. 2005. No. 28. P. 169–178.
16. Чернавин Р. В, Жарликова С. С, Соловьев Л. Ю. Экспериментальное исследование поля напряжений в вершине трещины на основе термодинамических параметров // Фундаментальные и прикладные вопросы транспорта. 2023. № 2 (9). С. 63–71.
17. Справочник по коэффициентам интенсивности напряжений : перевод с английского / Ю. Ито, Ю. Мураками, Н. Хасебэ [и др.] ; под ред. Ю. М. Мураками. Москва : Мир, 1990. Т. 1. 448 с. ; Т. 2. 568 с.
Рецензия
Для цитирования:
Соловьев Л.Ю., Чернавин Р.В. Определение коэффициента интенсивности напряжений по термодинамическим параметрам. Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2024;(4):66-73. https://doi.org/10.52170/1815-9265_2024_71_66
For citation:
Solovyov L.Yu., Chernavin R.V. Determination of the stress intensity factor based on thermodynamic parameters. Bulletin of Siberian State University of Transport. 2024;(4):66-73. (In Russ.) https://doi.org/10.52170/1815-9265_2024_71_66
Просмотров:
5
Послать статью по эл. почте 