Аннотация
Введение 5
1 Аналитический обзор 7
2 Материалы и методы исследований 26
2.1 Эксперимент на одноосное растяжение плоских образов 29
2.2 Эксперимент на внецентренное растяжение компактного образца 34
2.3 Моделирование растяжения плоского образца 37
3 Результаты и анализ исследований 47
3.1 Результаты экспериментов по одноосному растяжению плоских образцов 47
3.2 Результаты экспериментов по внецентренному растяжению компактного образца с
трещиной 48
3.3 Результаты моделирования упругопластического поведения плоских образцов при
одноосном растяжении 49
3.4 Результаты моделирования внецентренного растяжения компактного образца с трещиной
50
Заключение 53
Список литературы 54
Механика разрушения является частью механики деформируемого твердого тела, которая изучает закономерности нарушения сплошности твердых тел.
Основная область применения механики деформируемого твердое тела - это оценка прочности конструкций и их элементов. Эта оценка основана на критериях разрушения и прочностных характеристиках. [10]
Формирование усталостных трещин в деталях и элементах конструкций машин, силовых и энергетических установок во время их эксплуатации вызывают определенные трудности при разработке методов оценки надежности во времени. Современный принцип конструирования деталей для безопасного ресурса не может обеспечить на этот период возможного появление медленно растущих усталостных трещин в деталях, о чем свидетельствует полувековой опыт эксплуатации транспортных средств не обоснована себя. Поэтому, изучение материалов и анализ с прогнозированием образования усталостной трещины является актуальной темой на сегодняшний день.
Механические свойства твердого тела связаны с его реакцией на нагружение, когда в материале возникают напряжения и деформации. Внешняя нагрузка может быть постоянной по размеру и изменяться во времени, кратковременно и в течение длительного периода времени в условиях низкой, нормальной или высокой температуры окружающей среды. Среда может быть химически активной и неактивной, создавая нормальное и повышенное давление. В любом случае реакцией материала на нагрузку является возникновение упругой и пластической деформации или разрыва.
Испытание на одноосное растяжение помогает в определении энергетических параметров трещины, чтобы проанализировать напряженно-деформированное состояние области, которая наблюдается. При регистрации и анализе распространения трещины в этом случае становится возможным анализ механизмов разрушения с целью получения количественной оценки таких параметров, как коэффициент интенсивности напряжений (КИН) и J-интеграл. Однако при создании таких программ возникает вопрос о достоверности полученных значений, которые зависят от точности реализации алгоритма. Поэтому необходимо проверять результаты с использованием имеющихся экспериментальных или аналитических тестовых задач одновременно с разработкой программного кода. В этом случае могут помочь методы математического моделирования напряженно-деформированного состояния в материале конструкций, реализованных с использованием специальных программных комплексов.
Программные системы, основанные на методе конечных элементов, в настоящее время часто используются для расчета прочности структурных элементов. Они позволяют достаточно подробно рассмотреть геометрические особенности конструкции, включая доступные концентраторы напряжения. Благодаря этим программным системам могут быть достигнуты определенные успехи в прогнозировании статической прочности конструкций.
Актуальность работы. Развитие современности. Технология приводит к необходимости в сплавах с улучшенными пластическими и прочностными свойствами. Это требует учета всех свойств материала и внешних факторов, что более удобно при математическом моделировании с учетом всех факторов. Математическое моделирование является важным методом исследования, анализа динамики явлений и создания технологий. В данной работе численный эксперимент проводится с использованием анализа методом конечных элементов. Эффективное компьютерное моделирование требует наличия соответствующей физикоматематической модели и определяющего уравнения. На основе сформулированных определяющих уравнений численно анализируется упругопластическое течение среды в условиях деформированного состояния.
Научная новизна работы. Сформулирована и представлена методика обработки результатов эксперимента по одноосному растяжению на примере программного комплекса Origin 6. Сформулирована и представлена методика моделирования упругопластического поведения материалов на примере программного комплекса ANSYS.
Апробация. Результаты численного моделирования использовали для настройки параметров векторных полей разработанного программного комплекса и верификации используемого алгоритма.
Цель работы. Исследование алюминиевого сплава Д16. Разработка модели механического поведения материалов и критериев усталости при упругопластической деформации. Проведение испытаний на заданном сплаве с определением механических свойств и анализа полученных результатов, которые могут быть использованы в будущем для решения проблем механики деформируемого твердого деформируемого тела.
В работе проведена оценка изменения параметров трещиностойкости и напряженно - деформированного состояния алюминиевого сплава с учетом упругопластического поведения материала методом численного моделирования.
Представлена методика выполнения работ по обработке результатов одноосного растяжения и моделирования растяжения плоского образца для дистанционного обучения.
Проведен эксперимент и построена модель для растяжения плоского образца-лопаки, как апробация модели материала.
Рассчитаны изменения значения J-интеграла и коэффициента интенсивности напряжений в зависимости от приложенной нагрузки. Полученные значения соответствуют экспериментальным результатам с удовлетворительной точностью, что и является подлинным фактом адекватности метода моделирования внецентренного растяжения компактного образца с трещиной, а также возможностью использования данной модели для дальнейших изучений напряженно-деформированного состояния алюминиевого сплава Д16.
В работе на внецентренное растяжение плоского образца проводились эксперименты в пределах до критического значения J-интеграла и коэффициента интенсивности напряжений. Для описания поведения образца при достижении критического значения J-интеграла и коэффициента интенсивности напряжений применяется альтернативный алгоритм роста трещины, что в данную модель не заложено, но является перспективой для дальнейшего изучения механики разрушения.
