Оцінювання залишкової довговічності тривимірного твердого тіла з плоскою втомною тріщиною за циклічного навантаження

Abstract

За енергетичним підходом механіки руйнування побудовано розрахункову модель поширення плоскої втомної макротріщини у тривимірному деформівному пружнопластичному тілі. Отримано кінетичне рівняння, яке дає можливість визначати період докритичного росту втомної макротріщини, що відповідає залишковій довговічності елемента металоконструкції із тріщиною під зовнішнім циклічним навантаженням. Для апробації моделі і знаходження невідомих фізико-механічних констант матеріалу досліджено зразки ділянок зварного з’єднання алюмінієвого сплаву 1201-Т. Одержані кінетичні діаграми втомного руйнування цих зразків засвідчили добре узгодження розрахунку із експериментом. За результатами теоретико-експериментальних досліджень побудовано номограми залишкової довговічності металу шва та основного металу зварного з’єднання сплаву.

На основании энергетического подхода механики разрушения построена расчетная модель распространения плоской усталостной макротрещины в трехмерном деформируемом упругопластическом теле. Получено кинетическое уравнение для определения периода докритического ее роста, который соответствует остаточной долговечности элемента металлоконструкции с трещиной при циклическом нагружении. Для апробации модели и нахождения неизвестных физико-механических констант материала исследованы образцы участков сварного соединения алюминиевого сплава 1201-Т. Экспериментальные кинетические диаграммы усталостного разрушения этих образцов свидетельствуют о хорошем соответствии расчета и эксперимента. По результатам теоретико-экспериментальных исследований построены номограммы остаточной долговечности металла шва и основного металла сварного соединения сплава.

On the basis of the fracture mechanics energy approach a calculation model of the plane macrocrack fatigue growth in a three-dimensional elastic-plastic body has been built. Subcritical period of the macrocrack fatigue growth that corresponds to residual lifetime of a metal structure element with a crack under external cyclic loading can be determined using the obtained kinetic equation. To approve the proposed calculation model and to determine unknown physical and mechanical parameters of the investigated material the appropriate experimental tests have been conducted for the 1201-T aluminium alloy specimens welded join sections. The obtained experimental kinetic diagrams of fatigue fracture of the tested samples have shown a good agreement with the calculation results. Based on the conducted theoretical and experimental researches the residual lifetime nomograms of the 1201-T aluminium alloy weld and base metal have been built.