МОДЕЛИРОВАНИЕ МКЭ РАСПРОСТРАНЕНИЯ И ТОРМОЖЕНИЯ ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ В ПЛАСТИНАХ С ИСХОДНОЙ ТРЕЩИНОЙ

Работоспособность металла при низких климатических температурах часто характеризуется  «температурой торможения хрупкого разрушения» Ta, определяемой при испытаниях  крупногабаритных образцов-пластин. Однако факт существования такой температуры, не  зависящей от действующих напряжений и размера трещины, не согласуется с условием  торможения разрушения, формулируемым в терминах механики разрушения. В то же время  очевидна необходимость понимания этого процесса, поскольку существующая практика  сертификационных испытаний сталей для конструкций арктического базирования  фактически основана на не вполне достоверных корреляциях температур вязкохрупкого  перехода с температурой Ta. Значительное влияние толщины испытываемого металла на  величину Ta свидетельствует о том, что развитие разрушения необходимо анализировать с  учетом различия напряженно-деформированного состояния в середине толщины и на  приповерхностных участках фронта трещины. Для исследований закономерностей  разрушения в широких пластинах при варьировании их толщины применено моделирование  МКЭ процесса распространения трещины с применением элементов типа «solid» в трехмерной постановке с введением условных локальных критериев хрупкого и вязкого  разрушений на фронте трещины, связываемых с принятым размером элементов сеточной  аппроксимации. Такое упрощенное моделирование процесса обеспечивает воспроизведение основных особенностей распространения сквозной трещины в пластинах: туннелирования трещины отрыва при неподвижных ее участках у поверхности, смены механизма  разрушения на участках отрыва, смыкания или стабилизации толщины участков среза.  Результаты численных экспериментов и аналитических оценок, выполненные на их основе,  позволяют сформулировать условия торможения трещины при смешанном (плоская  деформация/плоское напряженное состояние) типе деформирования на ее фронте.

1. ASTM E 208-06 (2012). Standard Test Method for Conducting Drop-Weight Test to Determine Nil Ductility Transition Temperature of Ferritic Steels.

2. Russian Maritime Register of Shipping, Rules for the Classification, Construction and Equipment of Mobile Offshore Drilling Units and Fixed Offshore Platforms, 2014.

3. ASTM E 436-03 (2014). Standard Test Method for Drop-Weight Tear Tests of Ferritic Steels.

4. Robertson T. Propagation of brittle fracture in steel / J. Iron Steel Inst. 1953. Vol. 175. P. 361 – 374.

5. Холл У., Кихара Х., Зут В., Уэллс А. А. Хрупкие разрушения сварных конструкций. — М.: Машиностроение, 1974. — 320 с.

6. Barsom J., Rolfe S. Fracture and Fatigue Control in structures — applications of fracture mechanics. Second Edition. — Prentice-Hall, 1987. — 516 p.

7. Палий О. М. Проблемы обеспечения прочности и ресурса корпусов судов и объектов морской техники при использовании высокопрочных материалов / Труды межд. конф. по судостроению, секция С, ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова. 1994. С. 1 – 12.

8. ASTM E 1221-2012. Standard Test Method for Determining Plane-Strain Crack-Arrest Fracture Toughness, KIa, of Ferritic Steels.

9. Larsson S., Carlsson A. Influence of non-singular stress terms and specimen geometry on small-scale yielding / J. Mech. Phys. Solids. 1973. N 21. P. 263 – 277.

10. Du Z., Hancock J. The effect of non-singular stresses on crack-tip constraint / J. Mech. Phys. Solids. 1991. N 39. P. 555 – 567.

11. ASTM E 1820-15a. Standard Test Method for Measurement of Fracture Toughness.

12. Броек Д. Основы механики разрушения / Пер. с англ. — М.: Высшая школа, 1980. — 368 с.