Исследование эффектов концентрации и вариации механических свойств

Сопоставлены два подхода к определению напряженно-деформированных состояний (НДС) и расчету на прочность тонкой пластины с концентратором в виде кругового отверстия, подвергаемой статическим и циклическим нагружениям, — путем решения упругой задачи (задача Кирша) и применения разработанных в ИМАШ деформационных критериев деформирования и разрушения. При новом подходе впервые варьировали характеристики основных механических свойств, величины номинальных напряжений и поля деформаций в зонах концентрации напряжений (всего четыре расчетных случая). Исследования показали, что в точках поперечного сечения вблизи концентратора уже при исходном нагружении возникают упругопластические напряжения и деформации, которые значительно отличаются от получаемых в результате решения упругой задачи. Результаты анализа НДС и расчета на прочность тонкой пластины с круговым отверстием, определенные по деформационным критериям, существенно отличались от полученных традиционным упругим решением. Это относится к исходному нагружению не только в зоне максимальной концентрации (на контуре отверстия), но и к другим точкам опасного сечения при циклическом нагружении. По приведенной методике можно рассчитывать поцикловую кинетику напряжений и деформаций в зонах концентрации (по заданному сечению пластины), а также проводить уточненные расчеты на циклическую долговечность с учетом рассеяния основных механических свойств материала конструкции.

1. Когаев В. П., Махутов Н. А., Гусенков А. П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность. — М.: Машиностроение, 1985. — 223 с.

2. Нейбер Г. Концентрация напряжений. — М. - Л.: Гостехиздат, 1947. — 204 с.

3. Тимошенко С. П. Теория упругости. — М.: ОНТИ ГТТИ, 1934. — 451 с.

4. Савин Г. Н. Распределение напряжений около отверстий. — Киев: Наукова думка. 1968. — 887 с.

5. Кац А. М. Теория упругости. — М.: ГИТТЛ, 1956. — 207 с.

6. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок (ПНАЭ Г-7-002-86 — Правила и нормы в атомной энергетике). — М.: Энергоатом- издат, 1989. — 525 с.

7. Махутов Н. А. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. — М.: Машиностроение, 1981. — 272 с.

8. Махутов Н. А. Конструкционная прочность, ресурс и техногенная безопасность. В 2-х ч. — Новосибирск: Наука, 2005. Ч. 1. Критерии прочности и ресурса. — 494 с.; Ч. 2: Обоснование ресурса и безопасности. — 610 с.

9. Махутов Н. А. Прочность и безопасность: фундаментальные и прикладные исследования. — Новосибирск: Наука, 2008. — 528 с.

10. Махутов Н. А., Зацаринный В. В., Романов А. Н. и др. Статистические закономерности малоциклового разрушения. — М.: Наука, 1989. — 252 с.

11. Проблемы прочности, техногенной безопасности и конструкционного материаловедения / Под ред. Н. А. Махутова, Ю. Г. Матвиенко, А. Н. Романова. — М.: ЛЕНАНД, 2018. — 720 с.