ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УСТАЛОСТНОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ
Аннотация
Рассматриваются процессы усталостной долговечности материалов и конструкций при эксплуатационных нагрузках, характеризующихся многопараметрическими нестационарными термомеханическими воздействиями.
С позиции механики поврежденной среды развита математическая модель, описывающая процессы термопластического деформирования и накопления усталостных повреждений при деградации материала по механизмам малоцикловой и многоцикловой усталости (с учетом их взаимодействия). Модель состоит из трех взаимосвязанных частей: соотношений, определяющих циклическое термопластическое поведение материала с учетом зависимости от процесса разрушения; уравнений, описывающих кинетику накопления усталостных повреждений; критерия прочности поврежденного материала.
Вариант определяющих соотношений термопластичности основан на представлении о поверхности текучести и принципе градиентальности вектора скорости пластических деформаций к поверхности текучести в точке нагружения и отражает основные эффекты процесса циклического пластического деформирования материала для произвольных сложных траекторий комбинированного термомеханического нагружения. Вариант кинетических уравнений накопления усталостных повреждений основан на введении скалярного параметра поврежденности, базируется на энергетических принципах и учитывает основные эффекты образования, роста и слияния микродефектов при произвольных сложных режимах нагружения. Предложена обобщенная форма эволюционного уравнения накопления усталостных повреждений в областях малоцикловой и многоцикловой усталости.
В качестве критерия прочности поврежденного материала используется условие достижения величиной поврежденности критического значения.
Для оценки степени достоверности и определения границ применимости развитых определяющих соотношений механики поврежденной среды проведены расчеты процессов термопластического деформирования и накопления усталостных повреждений и выполнено сравнение полученных численных результатов с данными натурных экспериментов на примере конкретной прикладной задачи. Проведен численный анализ влияния частоты падения капель дистиллята на термоциклическую усталостную долговечность материала нагретой поверхности трубы. Результаты расчетов процессов накопления усталостных повреждений при термопульсациях сопоставляются с экспериментальными данными.
Показано, что развитая модель качественно и с необходимой для инженерных расчетов точностью количественно описывает опытные данные и может эффективно применяться для оценки термоциклической усталостной долговечности конструкций при многоосных непропорциональных путях комбинированного термомеханического нагружения.
