Analysis of stress intensity factors obtained with the fem for surface semielliptical cracks in the zones of structural stress concentrators

Abstract

Проблемними питаннями при оцінюванні живучості конструкції з поверхневими тріщинами є складності обчислення коефіцієнтів інтенсивності напружень (КІН) для тріщин, які розвиваються у зонах концентраторів напружень. Ці труднощі пов’язані з особливостями зміни форми контуру поверхневої тріщини в процесі циклічного навантаження, який залежить від рівня неоднорідності напружено-деформованого стану в області концентраторів. Проведено аналіз існуючих методів визначення коефіцієнтів інтенсивності напружень у зонах концентраторів: методу вагових функцій, чисельного і гібридного методів. Моделювання зварних з’єднань різних типів з тріщинами проводили у рамках представленої моделі як геометричного фактора – підсилення зварного шва, що дозволило методом скінчених елементів оцінити особливості впливу концентратора напружень на зміну КІН по контуру поверхневої тріщини. При цьому розглянуто особливості побудови сітки скінчених елементів, вплив розмірів сітки на отримані розрахункові значення КІН, порівняння отриманих результатів з відомими рішеннями. При циклічних випробуваннях розтягом отримано кінетику форми втомних поверхневих півеліптичних тріщин у зонах досліджуваних концентраторів напружень та, для порівняння, в однорідному полі напружень. Проаналізовано отримані форми тріщин з результатами модельних досліджень.