Computational Model for Durability Analysis of Structure Elements with Defects
A methodology for the determination of number of cycles before the destruction of structure elements exposed to cyclic loading (tension-compression) has been developed. The analysis of the structure element static and dynamic stress-strain state with a usage of numerical methods of finite and bounda...
Gespeichert in:
| Datum: | 2020 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | English Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
2020
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/198997 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Energy Technologies & Resource Saving |
Institution
Energy Technologies & Resource Saving| id |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-198997 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Energy Technologies & Resource Saving |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2020-03-26T11:25:48Z |
| collection |
OJS |
| language |
English Russian |
| topic |
durability crack stress intensity factor singular integral equations Paris criterion UDC 539.3 |
| spellingShingle |
durability crack stress intensity factor singular integral equations Paris criterion UDC 539.3 Hnitko, Vasyl I. Dehtiarov, Kyrylo H. Moskalenko, Roman P. Strelnikova, Olena O. Computational Model for Durability Analysis of Structure Elements with Defects |
| topic_facet |
долговечность трещина коэффициент интенсивности напряжений сингулярные интегральные уравнения критерий Пэриса УДК 539.3 довговічність тріщина коефіцієнт інтенсивності напружень сингулярні інтегральні рівняння критерій Періса УДК 539.3 durability crack stress intensity factor singular integral equations Paris criterion UDC 539.3 |
| format |
Article |
| author |
Hnitko, Vasyl I. Dehtiarov, Kyrylo H. Moskalenko, Roman P. Strelnikova, Olena O. |
| author_facet |
Hnitko, Vasyl I. Dehtiarov, Kyrylo H. Moskalenko, Roman P. Strelnikova, Olena O. |
| author_sort |
Hnitko, Vasyl I. |
| title |
Computational Model for Durability Analysis of Structure Elements with Defects |
| title_short |
Computational Model for Durability Analysis of Structure Elements with Defects |
| title_full |
Computational Model for Durability Analysis of Structure Elements with Defects |
| title_fullStr |
Computational Model for Durability Analysis of Structure Elements with Defects |
| title_full_unstemmed |
Computational Model for Durability Analysis of Structure Elements with Defects |
| title_sort |
computational model for durability analysis of structure elements with defects |
| title_alt |
Расчетная модель для анализа долговечности элементов конструкций с дефектами Розрахункова модель для аналізу довговічності елементів конструкцій з дефектами |
| description |
A methodology for the determination of number of cycles before the destruction of structure elements exposed to cyclic loading (tension-compression) has been developed. The analysis of the structure element static and dynamic stress-strain state with a usage of numerical methods of finite and boundary elements in order to determine the stress concentration zones is carried out. Model cracks that are placed in the highest stress concentration zones are selected. A database of model cracks is proposed. The initial length at which crack development begins is determined with a usage of the stress intensity factor threshold value. For each crack from the database, a critical number of cycles during which the crack grows to unacceptable sizes, is found based on the Paris criterion. A method for determining stress intensity factors for a structure element with cracks is proposed. The problem is reduced to solving singular integral equations. To obtain a numerical solution of these equations, the boundary element method is used. Densities, which appear as unknown functions in the considered integral equations, are used to calculate stress intensity factors. The analytical and numerical solutions of singular equations are compared. The critical number of cycles for plates with isolated cracks and cracks chains, cracks located at the elements holes and boundaries is determined. It was established that at the same loading level, a smaller critical number of cycles corresponds to a structure element with cracks that are in close proximity to the technological hole. An analysis of the fatigue crack development at holes in an elastic-plastic statement in order to determine the number of cycles before destruction is made, estimated number of cycles before the fatigue crack appearance is given. |
| publisher |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| publishDate |
2020 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/198997 |
| work_keys_str_mv |
AT hnitkovasyli computationalmodelfordurabilityanalysisofstructureelementswithdefects AT dehtiarovkyryloh computationalmodelfordurabilityanalysisofstructureelementswithdefects AT moskalenkoromanp computationalmodelfordurabilityanalysisofstructureelementswithdefects AT strelnikovaolenao computationalmodelfordurabilityanalysisofstructureelementswithdefects AT hnitkovasyli rasčetnaâmodelʹdlâanalizadolgovečnostiélementovkonstrukcijsdefektami AT dehtiarovkyryloh rasčetnaâmodelʹdlâanalizadolgovečnostiélementovkonstrukcijsdefektami AT moskalenkoromanp rasčetnaâmodelʹdlâanalizadolgovečnostiélementovkonstrukcijsdefektami AT strelnikovaolenao rasčetnaâmodelʹdlâanalizadolgovečnostiélementovkonstrukcijsdefektami AT hnitkovasyli rozrahunkovamodelʹdlâanalízudovgovíčnostíelementívkonstrukcíjzdefektami AT dehtiarovkyryloh rozrahunkovamodelʹdlâanalízudovgovíčnostíelementívkonstrukcíjzdefektami AT moskalenkoromanp rozrahunkovamodelʹdlâanalízudovgovíčnostíelementívkonstrukcíjzdefektami AT strelnikovaolenao rozrahunkovamodelʹdlâanalízudovgovíčnostíelementívkonstrukcíjzdefektami |
| first_indexed |
2025-07-17T12:02:09Z |
| last_indexed |
2025-07-17T12:02:09Z |
| _version_ |
1850411735039606784 |
| spelling |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-1989972020-03-26T11:25:48Z Computational Model for Durability Analysis of Structure Elements with Defects Расчетная модель для анализа долговечности элементов конструкций с дефектами Розрахункова модель для аналізу довговічності елементів конструкцій з дефектами Hnitko, Vasyl I. Dehtiarov, Kyrylo H. Moskalenko, Roman P. Strelnikova, Olena O. долговечность трещина коэффициент интенсивности напряжений сингулярные интегральные уравнения критерий Пэриса УДК 539.3 довговічність тріщина коефіцієнт інтенсивності напружень сингулярні інтегральні рівняння критерій Періса УДК 539.3 durability crack stress intensity factor singular integral equations Paris criterion UDC 539.3 A methodology for the determination of number of cycles before the destruction of structure elements exposed to cyclic loading (tension-compression) has been developed. The analysis of the structure element static and dynamic stress-strain state with a usage of numerical methods of finite and boundary elements in order to determine the stress concentration zones is carried out. Model cracks that are placed in the highest stress concentration zones are selected. A database of model cracks is proposed. The initial length at which crack development begins is determined with a usage of the stress intensity factor threshold value. For each crack from the database, a critical number of cycles during which the crack grows to unacceptable sizes, is found based on the Paris criterion. A method for determining stress intensity factors for a structure element with cracks is proposed. The problem is reduced to solving singular integral equations. To obtain a numerical solution of these equations, the boundary element method is used. Densities, which appear as unknown functions in the considered integral equations, are used to calculate stress intensity factors. The analytical and numerical solutions of singular equations are compared. The critical number of cycles for plates with isolated cracks and cracks chains, cracks located at the elements holes and boundaries is determined. It was established that at the same loading level, a smaller critical number of cycles corresponds to a structure element with cracks that are in close proximity to the technological hole. An analysis of the fatigue crack development at holes in an elastic-plastic statement in order to determine the number of cycles before destruction is made, estimated number of cycles before the fatigue crack appearance is given. Разработана методика определения количества циклов до разрушения элементов конструкций, подвергающихся воздействию циклического нагружения (растяжение-сжатие). Проводится анализ статического и динамического напряженно-деформированного состояния элемента конструкции с помощью численных методов конечных и граничных элементов с целью выяснения зон концентрации напряжений. Избираются модельные трещины, которые помещаются в зоны наибольшей концентрации напряжений. Предложена база данных по модельным трещинам. С использованием порогового значения коэффициента интенсивности напряжений определяется начальная длина, при которой начинается развитие трещин. Для каждой трещины из базы данных на основании критерия Пэриса находится критическое количество циклов, за которое трещина подрастает до недопустимых размеров. Предложен метод определения коэффициентов интенсивности напряжений для элемента конструкции с трещинами. Задача сведена к решению сингулярных интегральных уравнений. Для получения численного решения этих уравнений использован метод граничных элементов. Плотности, которые фигурируют как неизвестные функции в рассматриваемых интегральных уравнениях, используются для вычисления коэффициентов интенсивности напряжений. Проведено сравнение аналитических и численных решений сингулярных уравнений. Определено критическое число циклов для пластин с изолированными трещинами и цепочками трещин, трещинами, находящимися у отверстий и границ элементов. Установлено, что при одинаковом уровне нагрузки меньшее критическое число циклов соответствует элементу конструкции с трещинами, которые находятся в непосредственной близости от технологического отверстия. Проведен анализ развития усталостной трещины у отверстий в упруго-пластической формулировке с целью определения количества циклов до разрушения, дана оценка количества циклов до появления усталостной трещины. 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. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2020-03-21 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/198997 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 23 No. 1 (2020); 27-38 Проблемы машиностроения; Том 23 № 1 (2020); 27-38 Проблеми машинобудування; Том 23 № 1 (2020); 27-38 2709-2992 2709-2984 en ru https://journals.uran.ua/jme/article/view/198997/199172 https://journals.uran.ua/jme/article/view/198997/199173 Copyright (c) 2020 Vasyl I. Hnitko, Kyrylo H. Dehtiarov, Roman P. Moskalenko, Olena O. Strelnikova https://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |