АНАЛИЗ КИНЕТИКИ И НАПРАВЛЕННОСТИ УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ

Безопасность и живучесть оборудования регламентируются прочностными характеристиками его отдельных узлов и элементов, в которых могут быть начальные или эксплуатационные дефекты типа поверхностных разноориентированных полуэллиптических трещин. Численные методы расчета позволяют получить больший объем информации о напряженно-деформированном состоянии (НДС) этих элементов по заданным алгоритмам расчета соответствующих моделей разрушения. Изменение вида НДС вблизи контура трещин при переходе от более глубоких точек к поверхностным зависит от стеснения деформаций вдоль их фронта, т.е. от объемности НДС. На основе экспериментальных результатов и численных решений проведена диагностика формоизменения дефектов типа поверхностных разнонаправленных полуэллиптических малоцикловых трещин. Данные конечноэлементного моделирования реализованы на основе макросов программного комплекса ANSYS. Исследована закономерность направленности развития упругопластического разрушения при малоцикловом нагружении. Изложенная методология подтверждена параметрическими уравнениями кинетики формоизменения исследуемых трещин при фрактографическом анализе поверхностей их развития. По результатам испытания образцов с полуэллиптическими трещинами при малоцикловом нагружении приведен анализ параметров морфологии поверхностей развившихся дефектов. Представлены результаты измерений полей интенсивностей упругопластических деформаций в вершине трещины и геометрических характеристик развития поверхностей разрушения. Анализ динамики локального напряженно-деформированного состояния вблизи контура разноориентированных дефектов в деталях и конструкциях оборудования показал хорошее соответствие между экспериментальными параметрами геометрии форм развивающихся трещин и характеристиками, полученными численными методами решения. Представленные параметрические уравнения уточняют характеристики нелинейной механики разрушения, позволяющие оценивать и прогнозировать живучесть и безопасность работоспособности ответственного оборудования. На основе деформационных критериев нелинейной механики разрушения показана зависимость развития разрушения от объемности напряженно-деформированного состояния, указывающая на направленность геометрического развития формы поверхности разрушения.

1. Махутов Н. А. Деформационные критерии разрушения и расчет конструкций на прочность. — М.: Машиностроение, 1981. — 273 с.

2. Махутов Н. А. Конструкционная прочность, ресурс и техногенная безопасность. В 2-х ч. — Новосибирск: Наука, 2005. — 1110 с.

3. Махутов Н. А., Макаренко И. В. Методика исследования кинетики полуэллиптических поверхностных наклонных трещин при малоцикловом нагружении / Заводская лаборатория. 1984. Т. 50. № 2. С. 63 - 66.

4. Махутов Н. А., Фролов К. В., Стекольников В. В., Макаренко И. В. и др. Прочность и ресурс водо-водяных энергетических реакторов. — М.: Наука, 1988. — 312 с.

5. Makhutov N. A., Makarenko I. V, Makarenko L. V Residual Stress in Inhomogeneous Austenitic Steels Subjected to Elastop-lastic Strain / Industr. Lab. Diagn. Mater. 1999. Vol. 65. N 4. P 249 - 252.

6. Махутов H. А., Макаренко И. В., Макаренко Л. В. Влияние механической пространственной неоднородности на кинетику трещин в аустенитных сталях / Проблемы прочности. 2004. Т. 36. № 1. С. 113 - 119.

7. Махутов Н. А., Макаренко И. В., Макаренко Л. В.

8. Исследование кинетики разрушения при наличии поверхностных полуэллиптических разноориентированных трещин в сварных элементах оборудования АЭС / Проблемы прочности. 2010. № 1. С. 37 - 45.

9. Makhutov N. A., Makarenko I. V., Makarenko L. V. Studies on the fracture mechanism and kinetics of randomly oriented surface semielliptic cracks at the multiaxial stress-strain state with deformation criteria of nonlinear fracture mechanics / Strength of Materials. 2013. Vol. 45. N 4. July. P. 454 - 458.

10. Makhutov N. A., Makarenko I. V, Makarenko L. V Calculation and experimental analysis of the stress-strain state for inclined semi-elliptical surface cracks / Inorganic Materials. 2017. Vol. 53. N 15. P 1502 - 1505.

11. ANSYS, 2010. Structural Analysis Guide. 660578.

12. Makhutov N. A., Makarenko I. V, Makarenko L. V Particularities a micro-mechanism of cycle elastic-plastic fracture and damage / Works of the International Conference “In-service damage of materials, its diagnostics and prediction”. Ternopil Ivan Pul’uj State Technical University, Ukraine. September 21 - 24, 2009. P 96 - 102.

13. Predan J., Mocilnic V, Gubeljak N. Stress intensity factors for circumferential semi-elliptical surface cracks in a hollow cylinder subjected to pure torsion / Eng. Fract. Mech. 2013. Vol. 105. P 152 - 168.

14. Tada H., Paris C. P., Irwin G. R. The stress analysis of cracks handbook. 3rd ed. — ASME Press, 2000.

15. Oh C.-Y., Kim Y.-J., Oh Y.-J., Kim J.-S., Song T.-K., Kim Y.-B. Evaluation of stress intensity factors due to welding residual stresses for circumferential cracked pipes / Int. J. Press Vessels and Piping. 2013. Vol. 105 - 106. P 36 - 48.

16. Zareei A., Nabavi S. M. Calculation of stress intensity factors for circumferential semielliptical cracks with high aspect ratio in pipes / Int. J. of Press. Vessels and Piping. 2016. Vol. 146. P 32 - 38.