Fracture and Fatigue Analysis for a Cracked Carabiner Using 3D Finite Element Simulations

Abstract

Выполнено численное моделирование процесса усталостного разрушения соединительного карабина из сплава Al-7075 с малой краевой трещиной для типичных условий эксплуатационного нагружения. С использованием метода конечных элементов в трехмерной постановке определены характеристики разрушения материала по смешанной моде для различных условий нагружения и конфигураций трещины (включая ее длину, глубину и угол наклона). Согласно полученным результатам, деформацией исследуемого карабина по моде III ввиду ее малости можно пренебречь, вследствие чего разрушение происходит по смешанному механизму отрывасдвига (смешанная мода I/II). Проведен расчет коэффициентов интенсивности напряжений (KI и KII ) и сингулярных Т-напряжений. Показано, что знак и значение этих параметров разрушения определяются геометрией и ориентацией трещины. Рассчитаны критическая длина трещины и живучесть карабина с трещиной при повторно-переменном нагружении на основании известных критериев разрушения и моделей роста усталостной трещины.

Виконано числове моделювання процесу втомного руйнування з’єднувального карабіна зі сплаву Al-7075 із малою крайовою тріщиною для типових умов експлуатаційного навантаження. Із використанням методу скінченних елементів у тривимірній постановці визначено характеристики руйнування матеріалу за змішаною модою для різних умов навантаження і конфігурацій тріщини (включаючи її довжину, глибину і кут нахилу). Згідно з отриманими результатами деформацією досліджуваного карабіна по моді III через її малість можна знехтувати, внаслідок чого руйнування відбувається за змішаним механізмом відриву-зсуву (змішана мода I/II). Проведено розрахунок коефіцієнтів інтенсивності напружень (KI і KII ) і сингулярних Т-напружень. Показано, що знак та значення цих параметрів руйнування визначаються геометрією та орієнтацією тріщини. Розраховано критичну довжину тріщини та живучість карабіна з тріщиною при повторно-змінному навантаженні на основі відомих критеріїв руйнування і моделей росту втомної тріщини.