Calculated Assessment of Crack Development Under Cyclic Loading of the Plate Using the Parameters of Dispersed Damage of the Material
The reliable operation of structures and energy machines is related to ensuring thermal strength and durability of their elements and assemblies. Currently, a difficult situation has developed in the modern energy market; the equipment works in difficult conditions and, as a result, it is operated i...
Збережено в:
| Видавець: | Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
|---|---|
| Дата: | 2024 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
2024
|
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/309364 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
Репозиторії
Energy Technologies & Resource Saving| id |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-309364 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Energy Technologies & Resource Saving |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2024-08-12T16:05:55Z |
| collection |
OJS |
| language |
English Ukrainian |
| format |
Article |
| author |
Гонтаровський, П. П. Гармаш, Н. Г. Мележик, І. І. Протасова, Т. В. |
| spellingShingle |
Гонтаровський, П. П. Гармаш, Н. Г. Мележик, І. І. Протасова, Т. В. Calculated Assessment of Crack Development Under Cyclic Loading of the Plate Using the Parameters of Dispersed Damage of the Material |
| author_facet |
Гонтаровський, П. П. Гармаш, Н. Г. Мележик, І. І. Протасова, Т. В. |
| author_sort |
Гонтаровський, П. П. |
| title |
Calculated Assessment of Crack Development Under Cyclic Loading of the Plate Using the Parameters of Dispersed Damage of the Material |
| title_short |
Calculated Assessment of Crack Development Under Cyclic Loading of the Plate Using the Parameters of Dispersed Damage of the Material |
| title_full |
Calculated Assessment of Crack Development Under Cyclic Loading of the Plate Using the Parameters of Dispersed Damage of the Material |
| title_fullStr |
Calculated Assessment of Crack Development Under Cyclic Loading of the Plate Using the Parameters of Dispersed Damage of the Material |
| title_full_unstemmed |
Calculated Assessment of Crack Development Under Cyclic Loading of the Plate Using the Parameters of Dispersed Damage of the Material |
| title_sort |
calculated assessment of crack development under cyclic loading of the plate using the parameters of dispersed damage of the material |
| title_alt |
Розрахункова оцінка розвитку тріщини при циклічному навантаженні пластини з використанням параметрів розсіяних пошкоджень матеріалу Розрахункова оцінка розвитку тріщини при циклічному навантаженні пластини з використанням параметрів розсіяних пошкоджень матеріалу |
| description |
The reliable operation of structures and energy machines is related to ensuring thermal strength and durability of their elements and assemblies. Currently, a difficult situation has developed in the modern energy market; the equipment works in difficult conditions and, as a result, it is operated in variable modes, which causes accelerated wear of the resource. Ensuring the reliable use of power machines and structures of various complexity requires a calculated assessment of the thermal strength and durability of their elements, which is based on the application of new methods and calculation models taking into account a number of important factors, including damage, heterogeneity of material properties, the influence of non-stationary temperature fields and the presence of cracks. This paper is devoted to the development of the methodology for crack growth calculations in plate elements of structures under cyclic loading in an elastic-plastic setting using the concept of the accumulation of dispersed damage in the material. At the top of the crack, the processes of sign-changing elastic-plastic deformation and crack resistance of the material are simulated using data from fatigue tests of smooth samples. The thermal stress state of the structure at different loading modes is determined using finite element software for several fixed crack depths. The kinetics of a surface crack in a plate, from both edges of which cracks grow symmetrically under non-zero cyclic loading by tensile stresses, is considered in the paper. Elastic-plastic problems were solved for the cases of plane deformation and plane stress state, the amplitudes of deformation intensities and the number of loading cycles were obtained depending on the depth of crack growth. It was established that the type of stress state significantly affects the destruction of the material. Evaluation of crack development using the concept of accumulation of dispersed damage in the material has advantages for flat and axisymmetric problems, since it has no limitations for the size of the plastic zone and small crack depth. After some improvements, the calculation method can be used for three-dimensional problems of thermoplasticity. |
| publisher |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| publishDate |
2024 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/309364 |
| work_keys_str_mv |
AT gontarovsʹkijpp calculatedassessmentofcrackdevelopmentundercyclicloadingoftheplateusingtheparametersofdisperseddamageofthematerial AT garmašng calculatedassessmentofcrackdevelopmentundercyclicloadingoftheplateusingtheparametersofdisperseddamageofthematerial AT meležikíí calculatedassessmentofcrackdevelopmentundercyclicloadingoftheplateusingtheparametersofdisperseddamageofthematerial AT protasovatv calculatedassessmentofcrackdevelopmentundercyclicloadingoftheplateusingtheparametersofdisperseddamageofthematerial AT gontarovsʹkijpp rozrahunkovaocínkarozvitkutríŝinipriciklíčnomunavantaženníplastinizvikoristannâmparametrívrozsíânihpoškodženʹmateríalu AT garmašng rozrahunkovaocínkarozvitkutríŝinipriciklíčnomunavantaženníplastinizvikoristannâmparametrívrozsíânihpoškodženʹmateríalu AT meležikíí rozrahunkovaocínkarozvitkutríŝinipriciklíčnomunavantaženníplastinizvikoristannâmparametrívrozsíânihpoškodženʹmateríalu AT protasovatv rozrahunkovaocínkarozvitkutríŝinipriciklíčnomunavantaženníplastinizvikoristannâmparametrívrozsíânihpoškodženʹmateríalu |
| first_indexed |
2024-09-01T17:38:03Z |
| last_indexed |
2024-09-01T17:38:03Z |
| _version_ |
1810615675666825216 |
| spelling |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-3093642024-08-12T16:05:55Z Calculated Assessment of Crack Development Under Cyclic Loading of the Plate Using the Parameters of Dispersed Damage of the Material Розрахункова оцінка розвитку тріщини при циклічному навантаженні пластини з використанням параметрів розсіяних пошкоджень матеріалу Розрахункова оцінка розвитку тріщини при циклічному навантаженні пластини з використанням параметрів розсіяних пошкоджень матеріалу Гонтаровський, П. П. Гармаш, Н. Г. Мележик, І. І. Протасова, Т. В. The reliable operation of structures and energy machines is related to ensuring thermal strength and durability of their elements and assemblies. Currently, a difficult situation has developed in the modern energy market; the equipment works in difficult conditions and, as a result, it is operated in variable modes, which causes accelerated wear of the resource. Ensuring the reliable use of power machines and structures of various complexity requires a calculated assessment of the thermal strength and durability of their elements, which is based on the application of new methods and calculation models taking into account a number of important factors, including damage, heterogeneity of material properties, the influence of non-stationary temperature fields and the presence of cracks. This paper is devoted to the development of the methodology for crack growth calculations in plate elements of structures under cyclic loading in an elastic-plastic setting using the concept of the accumulation of dispersed damage in the material. At the top of the crack, the processes of sign-changing elastic-plastic deformation and crack resistance of the material are simulated using data from fatigue tests of smooth samples. The thermal stress state of the structure at different loading modes is determined using finite element software for several fixed crack depths. The kinetics of a surface crack in a plate, from both edges of which cracks grow symmetrically under non-zero cyclic loading by tensile stresses, is considered in the paper. Elastic-plastic problems were solved for the cases of plane deformation and plane stress state, the amplitudes of deformation intensities and the number of loading cycles were obtained depending on the depth of crack growth. It was established that the type of stress state significantly affects the destruction of the material. Evaluation of crack development using the concept of accumulation of dispersed damage in the material has advantages for flat and axisymmetric problems, since it has no limitations for the size of the plastic zone and small crack depth. After some improvements, the calculation method can be used for three-dimensional problems of thermoplasticity. Надійна робота конструкцій та енергетичних машин пов’язана із забезпеченням термоміцності й довговічності їх елементів і вузлів. Нині на сучасному енергоринку склалася складна ситуація, обладнання працює у важких умовах, як наслідок, воно експлуатується на змінних режимах, що викликає прискорене спрацювання ресурсу. Забезпечення надійного використання енергетичних машин і конструкцій різної складності вимагає розрахункової оцінки термоміцності й довговічності їх елементів, що ґрунтується на застосуванні нових методик і розрахункових моделей з урахуванням ряду важливих факторів, серед яких пошкоджуваність, неоднорідність властивостей матеріалу, вплив нестаціонарних температурних полів і наявність тріщин. Дана робота присвячена розвитку методики розрахунків росту тріщини в пластинчастих елементах конструкцій при циклічному навантаженні в пружно-пластичній постановці з використанням концепції накопичення розсіяних пошкоджень у матеріалі. У вершині тріщини моделюються процеси знакозмінного пружно-пластичного деформування й тріщиностійкості матеріалу з використанням даних випробувань на втому гладких зразків. Термонапружений стан конструкції на різних режимах навантаження визначається за допомогою розробленого на основі методу скінченних елементів програмного забезпечення для кількох фіксованих глибин тріщини. У роботі розглянута кінетика поверхневої тріщини в пластині, з обох країв якої симетрично підростають тріщини при віднульовому циклічному навантаженні розтягуючими напруженнями. Пружно-пластичні задачі розв'язано для випадків плоскої деформації і плоского напруженого стану, отримано амплітуди інтенсивностей деформацій і кількість циклів навантаження залежно від глибини підростання тріщини. Встановлено, що на руйнування матеріалу суттєво впливає вид напруженого стану. Оцінка розвитку тріщин із використанням концепції накопичення розсіяних пошкоджень у матеріалі має переваги для плоских і осесиметричних задач, оскільки не має обмежень для величини пластичної зони і невеликої глибини тріщини. Після деяких удосконалень розрахункова методика може бути використана і для тривимірних задач термопластичності. Надійна робота конструкцій та енергетичних машин пов’язана із забезпеченням термоміцності й довговічності їх елементів і вузлів. Нині на сучасному енергоринку склалася складна ситуація, обладнання працює у важких умовах, як наслідок, воно експлуатується на змінних режимах, що викликає прискорене спрацювання ресурсу. Забезпечення надійного використання енергетичних машин і конструкцій різної складності вимагає розрахункової оцінки термоміцності й довговічності їх елементів, що ґрунтується на застосуванні нових методик і розрахункових моделей з урахуванням ряду важливих факторів, серед яких пошкоджуваність, неоднорідність властивостей матеріалу, вплив нестаціонарних температурних полів і наявність тріщин. Дана робота присвячена розвитку методики розрахунків росту тріщини в пластинчастих елементах конструкцій при циклічному навантаженні в пружно-пластичній постановці з використанням концепції накопичення розсіяних пошкоджень у матеріалі. У вершині тріщини моделюються процеси знакозмінного пружно-пластичного деформування й тріщиностійкості матеріалу з використанням даних випробувань на втому гладких зразків. Термонапружений стан конструкції на різних режимах навантаження визначається за допомогою розробленого на основі методу скінченних елементів програмного забезпечення для кількох фіксованих глибин тріщини. У роботі розглянута кінетика поверхневої тріщини в пластині, з обох країв якої симетрично підростають тріщини при віднульовому циклічному навантаженні розтягуючими напруженнями. Пружно-пластичні задачі розв'язано для випадків плоскої деформації і плоского напруженого стану, отримано амплітуди інтенсивностей деформацій і кількість циклів навантаження залежно від глибини підростання тріщини. Встановлено, що на руйнування матеріалу суттєво впливає вид напруженого стану. Оцінка розвитку тріщин із використанням концепції накопичення розсіяних пошкоджень у матеріалі має переваги для плоских і осесиметричних задач, оскільки не має обмежень для величини пластичної зони і невеликої глибини тріщини. Після деяких удосконалень розрахункова методика може бути використана і для тривимірних задач термопластичності. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2024-08-12 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/309364 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 27 No. 2 (2024); 18-25 Проблемы машиностроения; Том 27 № 2 (2024); 18-25 Проблеми машинобудування; Том 27 № 2 (2024); 18-25 2709-2992 2709-2984 en uk https://journals.uran.ua/jme/article/view/309364/301255 https://journals.uran.ua/jme/article/view/309364/301256 Copyright (c) 2024 П. П. Гонтаровський, Н. Г. Гармаш, І. І. Мележик, Т. В. Протасова http://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |