Моделювання континуального руйнування просторових тіл в умовах тривалого статичного і циклічного навантаження

Abstract

Представлено методику моделювання процесів континуального руйнування кругових та призматичних тіл складної форми в умовах тривалого статичного і багатоциклового навантаження: скінчено-елементна база для визначення напружено-деформованого стану просторових тіл на основі напіваналітичного методу скінчених елементів (НМСЕ), алгоритми визначення феноменологічного параметра пошкодженості та моделювання еволюційних процесів розповсюдження зон континуального руйнування. Наведено результати розв’язання практичних задач із визначення розрахункового і додаткового ресурсу відповідальних просторових об’єктів.

Techniques of continual fracture process modelling of complex shape circular and prismatic bodies under elastic high-cycle deformation and in condition of creep under prolonged static load is presented in this paper. The semianalytic finite element method (SFEM) to determine the stress-strain state is used. SFEM involves the application of finite element mesh in the cross section of the body, and using one finite element in the direction of straight or curved creating, which provides significantly lower computational cost for three- dimensional problems solving. The Kachanov-Rabotnov’s scalar damage parameter to describe the continual fracture of the material and the degree dependence of the damage parameter accumulation rate of on the stress state parameters are used. Stepping algorithms for the stress-strain state and damage parameter determining for considered deformation process have been developed. The algorithm of simulation of evolutionary processes of macroscopic defects (continual fracture zone) growth after local loss of material bearing capacity because of damage parameter’s critical value has been obtained. A solution of practical problems of determining of the calculated lifetime (to local loss of material bearing capacity) and the additional lifetime (time of continual fracture zone growth) for high pressure connecting pipe and the gas turbine blade has been presented. It is shown, that for the connecting pipe which represents thick-wall rotation body, lifetime is not limited to local loss of material bearing capacity and can be significantly extended by additional lifetime. At the same time for the blade under creep condition lifetime is completely determined by the local loss of material bearing capacity, because the value of additional lifetime is related to the continual fracture zone growth of only about 5% of the calculated lifetime.