omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2024-189-20-27QRGWHGomna-308Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGУпругопластическое моделирование усталостных трещинElastoplastic modeling of fatigue cracksВансовичК. А.VansovichK. A.

Вансович Константин Александрович, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Нефтегазовое дело, стандартизация и метрология»

AuthorID (РИНЦ): 685945

г. Омск

Vansovich Konstantin Aleksandrovich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of Oil and Gas Storage, Standardization and Certification Department

AuthorID (RSCI): 685945

Omsk

vansovichka@mail.ruЯдровВ. И.YadrovV. I.

Ядров Виктор Иванович, кандидат технических наук, доцент Военного учебного центра

AuthorID (РИНЦ): 891137

г. Омск

Yadrov Viktor Ivanovich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Military Training Centre

AuthorID (RSCI): 891137

Omsk

ja-vi@mail.ruОмский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian Federation202430032024012027Copyright © Вансович К.А., Ядров В.И., 20242024Вансович К.А., Ядров В.И.Vansovich K.A., Yadrov V.I.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/308

В представленной работе сделан подробный анализ современных подходов в создании упругопластических моделей роста поверхностных трещин, учитывающих влияние вида двухосного нагружения на развитие напряжений и деформаций в вершине трещин и, соответственно, на скорость роста трещин. Обосновывается использование пластического коэффициента интенсивности напряжений в качестве характеристики сопротивления циклическому деформированию и разрушению для условий двухосного нагружения. Предлагаются континуальные модели пластичности для моделирования упругопластического поведения металла численными методами и, в частности, методом конечных элементов.

The presented work provides a detailed analysis of modern approaches to creating elastoplastic models of surface crack growth that take into account the influence of the type of biaxial loading on the development of stresses and strains at the crack tip and, accordingly, on the crack growth rate. The use of the plastic stress intensity factor as a characteristic of resistance to cyclic deformation and fracture for biaxial loading conditions is substantiated. Continuum plasticity models are proposed to simulate the elastoplastic behavior of metal using numerical methods and, in particular, the finite element method.

усталостное разрушениемеханика разрушениякоэффициент интенсивности напряженийметод конечных элементовJ-интегралкритерий текучестиупрочнениеfatigue failurefracture mechanicsstress intensity coefficientfinite element methodJ-integralyield criterionhardeningReferencesПокровский А. М., Дубовицкий Е. И. Применение метода сечений для определения коэффициента интенсивности напряжений по фронту полуэллиптической поперечной краевой трещины в растянутой полосе // Инженерный журнал: наука и инновации. 2019. № 3 (87). С. 1–14. DOI: 10.18698/2308-6033-2019-3-1861.Pokrovskiy A. M., Dubovitskiy E. I. Primeneniye metoda secheniy dlya opredeleniya koeffitsiyenta intensivnosti napryazheniy po frontu poluellipticheskoy poperechnoy krayevoy treshchiny v rastyanutoy polose [Sectioning method application to determine stress intensity factor along the front of a semi-elliptical transverse edge crack in a stretched flat bar] // Inzhenernyy zhurnal: nauka i innovatsii. Engineering Journal: Science and Innovation. 2019. No. 3 (87). P. 1–14. DOI: 10.18698/2308-6033-2019-3-1861. (In Russ.).Chahardehi A., Brennan F. P., Han S. K. Surface Crack Shape Evolution Modelling using an RMS SIF approach // International Journal of Fatigue. 2010. Vol. 32, Issue 2. P. 297–301.Chahardehi A., Brennan F. P., Han S. K. Surface Crack Shape Evolution Modelling using an RMS SIF approach // International Journal of Fatigue. 2010. Vol. 32, Issue 2. P. 297–301. (In Engl.).Pham T. N., Rungamornrat J., Pansuk W. [et al.]. Analysis of Cracks in Isotropic Linear Elastic Half-space Under Various Boundary Conditions by Weakly Singular SGBEM. 2015. URL: http://www.i-asem.org/publication_conf/asem15/1.ISEM15/2t/T3B.8.SM106_1772F1.pdf (дата обращения: 01.06.2020).Pham T. N., Rungamornrat J., Pansuk W. [et al.]. Analysis of Cracks in Isotropic Linear Elastic Half-space Under Various Boundary Conditions by Weakly Singular SGBEM. 2015. URL: http://www.i-asem.org/publication_conf/asem15/1.ISEM15/2t/T3B.8.SM106_1772F1.pdf (accessed: 01.06.2020). (In Engl.).He M. Y., Hutchinson J. W. Surface crack subject to mixed mode loading // Engineering Fracture Mechanics. 2000. Vol. 65, № 1. P. 1–14. DOI: 10.1016/S0013-7944(99)00129-0.He M. Y., Hutchinson J. W. Surface crack subject to mixed mode loading // Engineering Fracture Mechanics. 2000. Vol. 65, no. 1. P. 1–14. DOI: 10.1016/S0013-7944(99)00129-0. (In Engl.).Lee H. The 3D surface crack-front constraints in bimaterial joints // Nuclear Engineering and Design. 2003. № 226 (2). P. 107–118. DOI: 10.1016/S0029-5493(03)00188-2.Lee H. The 3D surface crack-front constraints in bimaterial joints // Nuclear Engineering and Design. 2003. No. 226 (2). P. 107–118. DOI: 10.1016/S0029-5493(03)00188-2. (In Engl.).Ariatedja J. B., Mamat O. A Semi-elliptical Crack Modeling and Fracture Constraint on Failure Diagram // Journal of Applied Sciences. 2011. Vol. 11. P. 2006–2011. DOI: 10.3923/jas.2011.2006.2011.Ariatedja J. B., Mamat O. A Semi-elliptical Crack Modeling and Fracture Constraint on Failure Diagram // Journal of Applied Sciences. 2011. Vol. 11. P. 2006–2011. DOI:10.3923/jas.2011.2006.2011. (In Engl.).Скворцов Ю. В., Глушков С. В. Моделирование несквозных поверхностных трещин в тонкостенных конструкциях // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2011. № 3 (27). С. 187–191. EDN: OWYQXP.Skvortsov Yu. V., Glushkov S. V. Modelirovaniye neskvoznykh poverkhnostnykh treshchin v tonkostennykh konstruktsiyakh [Modeling non-through surface cracks in the thin-walled structures] // Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta. Bulletin of Samara State Aerospace University. 2011. No. 3 (27). P. 187–191. EDN: OWYQXP. (In Russ.).Гучинский Р. В., Петинов С. В. Прогнозирование развития четвертьэллиптической трещины усталости с помощью конечно-элементного моделирования накопления повреждений // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. 2015. Т. 8, № 7. С. 890–900. DOI: 10.17516/1999-494X-2015-8-7-890-900.Guchinskiy R. V., Petinov S. V. Prognozirovaniye razvitiya chetvert’ellipticheskoy treshchiny ustalosti s pomoshch’yu konechno-elementnogo modelirovaniya nakopleniya povrezhdeniy [Surface fatigue crack growth simulation based on the finite-element aided damage accumulation procedure] // Zhurnal Sibirskogo federal’nogo universiteta. Seriya: tekhnika i tekhnologii. Journal of Siberian Federal University. Series: Engineering and Technology. 2015. Vol. 8, no. 7. P. 890–900. DOI: 10.17516/1999-494X-2015-8-7-890-900. (In Russ.).Гучинский Р. В., Петинов С. В. Численное моделирование распространения полуэллиптической трещины усталости на основании оценки накопления повреждений // Вычислительная механика сплошных сред. 2015. Т. 8, № 4. С. 376–385. DOI: 10.7242/1999-6691/2015.8.4.32.Guchinskiy R. V., Petinov S. V. Chislennoye modelirovaniye rasprostraneniya poluellipticheskoy treshchiny ustalosti na osnovanii otsenki nakopleniya povrezhdeniy [Numerical modeling of the semi-elliptical fatigue crack growth using damage accumulation approach] // Vychislitel’naya mekhanika sploshnykh sred. Computational Continuum Mechanics. 2015. Vol. 8, no. 4. P. 376–385. DOI: 10.7242/1999-6691/2015.8.4.32. (In Russ.).Mutava J., Muvengei O., Njoroge K. [et al.]. Solutions to Pressure Vessel Failures: A Review // International Journal of Science, Engineering and Technology Research (IJSETR). 2017. Vol. 6, Issue 2. P. 201–207.Mutava J., Muvengei O., Njoroge K. [et al.]. Solutions to Pressure Vessel Failures: A Review // International Journal of Science, Engineering and Technology Research (IJSETR). 2017. Vol. 6, Issue 2. P. 201–207. (In Engl.).Shlyannikov V., Zakharov A., Lyagova A. Surface and through thickness crack growth in cruciform pecimens subjected to biaxial loading // Procedia Structural Integrity. 2016. Vol. 2. P. 3248–3255. DOI: 10.1016/j.prostr.2016.06.405.Shlyannikov V., Zakharov A., Lyagova A. Surface and through thickness crack growth in cruciform pecimens subjected to biaxial loading // Procedia Structural Integrity. 2016. Vol. 2. P. 3248–3255. DOI: 10.1016/j.prostr.2016.06.405. (In Engl.).Захаров А. П., Шлянников В. Н., Иштыряков И. С. Пластический коэффициент интенсивности напряжений в задачах механики разрушения // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2019. № 2. С. 100–115. DOI: 10.15593/perm.mech/2019.2.08.Zakharov A. P., Shlyannikov V. N., Ishtyryakov I. S. Plasticheskiy koeffitsiyent intensivnosti napryazheniy v zadachakh mekhaniki razrusheniya [Plastic stress intensity factor in fracture mechanics] // Vestnik Permskogo natsional’nogo issledovatel’skogo politekhnicheskogo universiteta. Mekhanika. PNRPU Mechanics Bulletin. 2019. No. 2. P. 100–115. DOI: 10.15593/perm.mech/2019.2.08. (In Russ.).Shi K., Cai L., Chen L. [et al.] A theoretical model of semielliptic surface crack growth // Chinese Journal of Aeronautics. 2014. Vol. 27, no. 3. P. 730–734. DOI:10.1016/j.cja.2014.04.012.Shi K., Cai L., Chen L. [et al.] A theoretical model of semielliptic surface crack growth // Chinese Journal of Aeronautics. 2014. Vol. 27, no. 3. P. 730–734. DOI:10.1016/j.cja.2014.04.012. (In Engl.).Колмогоров В. Л., Богатов А. А., Мигачев Б. А. [и др.]. Пластичность и разрушение / под науч. ред. В. Л. Колмогорова. Москва: Металлургия, 1977. 336 с.Kolmogorov V. L., Bogatov A. A., Migachev B. A. [et al.]. Plastichnost’ i razrusheniye [Plasticity and destruction] / Ed. by V. L. Kolmogorova. Moscow, 1977. 336 p. (In Russ.).Малинин Н. Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. 2-е изд., перераб. и доп. Москва: Машиностроение, 1975. 399 с.Malinin N. N. Prikladnaya teoriya plastichnosti i polzuchesti [Applied theory of plasticity and creep]. 2nd ed., reprint. and additional. Moscow, 1975. 399 p. (In Russ.).Вансович К. А. Упругопластическая модель роста усталостных поверхностных трещин в толстостенных конструкциях при двухосном нагружении // Инженерный журнал: наука и инновации. 2017. № 3. С. 1–16.Vansovich K. A. Uprugoplasticheskaya model’ rosta ustalostnykh poverkhnostnykh treshchin v tolstostennykh konstruktsiyakh pri dvukhosnom nagruzhenii [Elastic-plastic model of fatigue crack growth in the surface of thick-walled structures under biaxial loading] // Engineering Journal: Science and Innovation. Engineering Journal: Science and Innovation. 2017. No. 3. P. 1–16. (In Russ.).Sobotka J. C., McClung R. C. Automatic 3D Crack Placement using the Python API in Abaqus CAE. URL: https://www.3ds.com/fileadmin/PRODUCTS-SERVICES/SIMULIA/Resources-center/PDF/2018-SAoE-Automatic_3D_Crack_Placement_using_the_Python_API_in_Abaqus_CAE.pdf (дата обращения: 01.06.2020).Sobotka J. C., McClung R. C. Automatic 3D Crack Placement using the Python API in Abaqus CAE. URL: https://www.3ds.com/fileadmin/PRODUCTS-SERVICES/SIMULIA/Resources-center/PDF/2018-SAoE-Automatic_3D_Crack_Placement_using_the_Python_API_in_Abaqus_CAE.pdf (accessed: 01.06.2020). (In Engl.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.