Розрахункова модель для аналізу довговічності елементів конструкцій з дефектами
Ключові слова:
довговічність, тріщина, коефіцієнт інтенсивності напружень, сингулярні інтегральні рівняння, критерій ПерісаАнотація
Побудовано методику визначення кількості циклів до руйнування елементів конструкцій, які зазнають впливу циклічного навантаження (розтягнення-стиснення). Проведено аналіз статичного та динамічного напружено-деформованого стану за допомогою числових методів скінченних та граничних елементів з метою з’ясування зон концентрації напружень в конструктивному елементі. Вибираються модельні тріщини, які поміщають в зони найбільшої концентрації напружень. Запропоновано базу даних щодо модельних тріщин. З використанням порогового значення коефіцієнта інтенсивності напружень визначається початкова довжина, за якої починається розвинення тріщин. Для кожної тріщини з бази даних на підставі критерію Періса знаходиться критична кількість циклів, за яку тріщина підростає до неприпустимих розмірів. Розроблено методику визначення коефіцієнтів інтенсивності напружень для елемента конструкції з модельними тріщинами. Цю задачу зведено до розв’язання сингулярних інтегральних рівнянь. Для отримання числового розв’язку цих рівнянь використано метод граничних елементів. Густини, які фігурують як невідомі функції в розглянутих інтегральних рівняннях, використовуються для обчислення коефіцієнтів інтенсивності напружень. Проведено порівняння аналітичних і числових розв’язків сингулярних рівнянь. Визначено критичне число циклів для пластин з поодинокими ізольованими тріщинами й з ланцюжками тріщин, тріщинами біля отворів та границь елементів. Встановлено, що за однакового рівня навантаження найменше критичне число циклів відповідає елементу конструкції з тріщинами в безпосередній близькості від технологічного отвору. Проведено аналіз розвинення втомної тріщини біля отворів в пружно-пластичному формулюванні з метою визначення кількості циклів до руйнування та надано оцінку кількості циклів до появи втомної тріщини.Посилання
Andreykiv, A. Ye. & Darchuk, A. I. (1987). Ustalostnoye razrusheniye i dolgovechnost konstruktsiy [Fatigue failure and durability of structures]. Kiyev: Naukova Dumka, 404 p. (in Russian).
Makhutov, N. A. (1981). Deformatsionnyye kriterii razrusheniya i raschet elementov konstruktsiy na ustalostnuyu prochnost [Deformation criteria of failure and calculation of structural elements for fatigue strength].Moscow: Mashinostroyeniye, 272 p. (in Russian).
Panasyuk, V. V., Andreykiv, A. Ye., & Kovchik, S. Ye. (1971) Metody otsenki treshchinostoykosti konstruktsionnykh materialov [Methods for assessing the crack resistance of structural materials]. Kiyev: Naukova dumka, 278 p. (in Russian).
Fomichev, P. A. & Zvyagintsev, V. V. (2000). Prediction of the fatigue life of a notched body by the local stress-strain state. Part 1. Determination of stresses and strains in a notch under elastoplastic cyclic deformation. Strength of Materials, vol. 32, pp. 234–240. https://doi.org/10.1007/BF02509850.
Fomichev, P. A. (2000). Prediction of Fatigue Life of a Notched Body by the LocalStress-StrainState. Part 3. Allowing for Stress and Strain Gradients. Strength of Materials, vol. 32, pp. 316–322. https://doi.org/10.1023/A:1026696316228.
Zum, T. (1996). Verformungsverhalten von stahlbetontragwerken unter Betrieb-slelastung. Mitt. Inst. Wekst. Baum., no. 3, pp. 1–195.
Abdelbaki, N., Bouali, E., Gaceb, M., & Bettayeb, M. (2009). Study of defect admissibility in gas pipelines based on fracture mechanics. J. Eng. Sci. Tech. (JESTEC), vol. 4, pp. 111–121.
Kantor, B., Strelnikova, O., Medvedovska, T., Rzhevska, I., Yeseleva, O., Lynnyk, O., & Zelenska, O. (2011). Rozrakhunok zalyshkovoho resursu elementiv protochnoyi chastyny hidroturbin HES ta HAES [Calculation of residual life of elements of flowing part of hydropower turbines of hydropower and hydroelectric power plants]: Guidelines regulatory document. SOU-NMEV 40.1 –21677681–51: 2011: Approved. Ministry of Energy and Coal Industry of Ukraine: entered into force 07.07.11. Kyiv: Ministry of Energy and Coal Industry ofUkraine, 76 p. (in Ukrainian).
Stasevic, M. (2014). Attachment estimates century construction of the tower installations for oil and gas exploration: Doctoral thesis.UniversityofNovi Sad. Faculty of Techn. Sci., 168 р.
Bettayeb, M., Bouali, E., Abdelbaki, N., & Gaceb, M. (2012). Establishment of a database and a classification of the defects in the metal of pipes according to their severity. Procedia Engineering, vol. 42, pp. 607–615. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2012.07.453.
Maksimovic, Mirko S., Vasovich, Ivana V., Maksimovic, Katarina S. Trisovich, Natasha, & Maksimovic, Stevan M. (2018). Residual life estimation of cracked aircraft structural components. FME Transactions, vol. 124, no. 46, pp. 124–128. https://doi.org/10.5937/fmet1801124M.
Kastratovic, G., Vidanovic, N., Grbovic, A., & Rasuo, B. (2018). Approximate determination of stress intensity factor for multiple surface cracks. FME Transactions, vol. 46, iss. 1, pp. 39–45. https://doi.org/10.5937/fmet1801039K.
Strelnikova, Ye. A. & Kovch, O. I. (2015). Issledovaniye vzaimnogo vliyaniya por v svarnom shve pod vozdeystviyem termosilovoy nagruzki [Investigation of the mutual influence of pores in the weld under thermo-mechanical load]. Vostochno-Yevropeyskiy zhurnal peredovykh tekhnologiy - Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, vol. 5, no. 7 (77), pp. 59–63 (in Russian). https://doi.org/10.15587/1729-4061.2015.51869.
Zaydenvarg, O. L. & Strelnikova, Ye. A. (2009). Gipersingulyarnyye uravneniya v zadachakh prochnosti elementov konstruktsiy s treshchinami pri temperaturnom nagruzhenii [Hypersingular equations in the problems of strength of structural elements with cracks under temperature loading]. Visn. Khark. nats. un-tu. Ser. Matematychne modelyuvannya. Informatsiyni tekhnolohiyi. Avtomatyzovani systemy upravlinnya – Bulletin of Kharkiv National University. Series: Mathematical Modeling. Information Technology. Automated Control System, no. 847, pp. 191–196 (in Russian).
Lessenden, S. J., Pissot, S. P., Tretheway, M. V., & Naynaed, K. P. (2006). Torsion response of cracked steel shaft. Fatique fract. Eng. Mater. Struct., vol. 30, pp. 734–747. https://doi.org/10.1111/j.1460-2695.2007.01149.x.
Misiura, S. Yu., Smetankina, N. V., & Misiura, Ye. Yu. (2019). Ratsionalne modeliuvannia kryshky hidroturbiny dlia analizu mitsnosti [Rational modeling of the turbine cover for strength analysis]. Visnyk NTU «KhPI». Seriia: Dynamika i mitsnist mashyn – Bulletin of NTU "KhPI". Series: Dynamics and Strength of Machines, no. 1, pp. 34–39 (in Ukrainian). https://doi.org/10.20998/2078-9130.2019.1.187415.
Medvedovskaya, T., Strelnikova, E., & Medvedyeva, K. (2015). Free hydroelastic vibrations of hydroturbine head covers. Int. J. Eng. and Advanced Research Techn., vol. 1, no. 1, pp. 45–50. https://doi.org/10.13140/RG.2.1.3527.4961.
Yeseleva, Ye. V., Gnitko, V. I., & Strelnikova, Ye. A. (2006). Sobstvennyye kolebaniya sosudov vysokogo davleniya pri vzaimodeystvii s zhidkostyu [Natural vibrations of pressure vessels during interaction with a liquid]. Problemy Mashinostroyeniya – Journal of Mechanical Engineering, vol. 9. no 1. pp.105–118. (in Russian).
Panasyuk, V. V., Savruk, M. P., & Datsyshin. A. P. (1976). Raspredeleniye napryazheniy okolo treshchin v plastinakh i obolochkakh [Stress distribution near cracks in plates and shells]. Kiyev: Nauk. dumka, 444 p. (in Russian).
Strelnikova, Ye. A. (2001). Gipersingulyarnyye integral'nyye uravneniya v dvumernykh krayevykh zadachakh dlya uravneniya Laplasa i uravneniy Lame [Hypersingular integral equations in two-dimensional boundary value problems for the Laplace equation and Lame equations]. Dop. NAN Ukrayiny – Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, no 3. pp. 27–31 (in Russian).
Kantor, B. Ya. & Strelnikova, Ye. A. (2005). Gipersingulyarnyye integralnyye uravneniya v zadachakh mekhaniki sploshnoy sredy [Hypersingular integral equations in problems of continuum mechanics].Kharkov: Novoye slovo, 252 p. (in Russian).
Gnitko, V., Naumemko, Y., & Strelnikova, E. (2017). Low frequency sloshing analysis of cylindrical containers with flat аnd conical baffles. Intern. J. Appl. Mech. and Eng., vol. 22, iss. 4, pp. 867–881. https://doi.org/10.1515/ijame-2017-0056.
Peris, P. & Erdogan, F. (1987). Kriterii ustalostnogo rasprostraneniya treshchin [Criteria for the fatigue propagation of cracks]. Tekhn. mekhanika. Ser. D – Tech. Mechanics. Ser. D, no. 4, pp. 60–68 (in Russian).
Strelnikova, Ye. A., Sirota, I.G., Linnik, A. V., Kalembet, L. A, Zarkhina, V. N., & Zaydenvarg, O. L. (2017). Veroyatnostnaya otsenka dolgovechnosti vala gidroturbiny pri nalichii treshchin. Problemy mashinostroyeniya [Probabilistic assessment of the durability of a turbine shaft in the presence of cracks]. Problemy Mashinostroyeniya – Journal of Mechanical Engineering, vol. 20, no 1, pp. 28–35 (in Russian). https://doi.org/10.15407/pmach2017.01.028.
Berendeyev, N. N. (2006). Primeneniye sistemy ANSYS k otsenke ustalostnoy dolgovechnosti [Application of the ANSYS system to the assessment of fatigue life]. Nizhniy Novgorod: Nizhegorod. un-t im. N. I. Lobachevskogo, 84 p. (in Russian).
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2020 Vasyl I. Hnitko, Kyrylo H. Dehtiarov, Roman P. Moskalenko, Olena O. Strelnikova
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International License.
Автори, які публікуються в цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи і передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензійного договору (угоди).
- Автори мають право самостійно укладати додаткові договори (угоди) з неексклюзивного поширення роботи в тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати в складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи в цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установи або на персональних веб-сайтах) рукопису роботи як до подачі цього рукопису в редакцію, так і під час її редакційної обробки, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії і позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
