К оценке усталостной прочности элементов конструкций с поверхностными дефектами, возникающими вследствие механических повреждений

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Представлены результаты разработки методики и программы для численного моделирования процесса усталостного разрушения элементов конструкций, имеющих поверхностные механические повреждения (дефекты) типа “продиров” и рисок. Расчет включает два этапа: 1-й этап – моделирование процесса образования дефектов как динамической упругопластической контактной задачи; 2-й этап – расчет на усталость с учетом влияния дефектов и полей остаточных напряжений, возникших в процесс его создания. Для ряда модельных примеров получены распределения остаточных напряжений в зонах дефектов и зависимости величин максимальных остаточных напряжений от формы сечений повреждающих элементов различной конфигурации (прямоугольной, полуэллиптической, клинообразной) и скоростей их движения, а также установлены величины минимальных скоростей движения повреждающих элементов, при которых для заданной конфигурации сечения возможно повреждение рассматриваемого типа. Приведены результаты расчетов образцов из трубной стали 17Г1С с дефектами на сопротивление усталостному разрушению.

Full Text

Restricted Access

About the authors

В. Г. Софич

Институт машиноведения им. А. А. Благонравова РАН

Author for correspondence.
Email: slava.sofich@mail.ru
Russian Federation, Москва

И. А. Разумовский

Институт машиноведения им. А. А. Благонравова РАН

Email: slava.sofich@mail.ru
Russian Federation, Москва

References

  1. Галлямов А. К., Верняев К. В., Шаммазов А. М. Обеспечение надежности функционирования системы диагностики на основе технической диагностики. М.: УГНТУ, 1998. 600 с.
  2. Аладинский В. В., Гаспарянц Р. С., Маханев В. Н. Методика расчета на прочность расчета на прочность и долговечность труб с дефектами геометрии // Нефтегазовое дело. 2007. Т. 5. № 5. С. 119–124.
  3. Аладинский В. В., Гаспарянц Р. С. Методика расчета на прочность долговечность труб с механическими повреждения типа “риска” // Нефтегазовое дело. 2007. № 2. С. 1–14.
  4. Махутов Н. А. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. М.: Машиностроение, 1981. 272 с.
  5. Проблемы разрушения, ресурса и безопасности технических систем / Под ред. В. В. Москвичева, М. М. Гаденина. Красноярск: КОДАС–СибЭРА, 1997. 520 с.
  6. Софич В. Г., Разумовский И. А. К расчетной оценке прочности и долговечности элементов конструкций с острыми механическими надрезами и задирами методом конечных элементов // Труды XXXV Международной инновационной конференции молодых ученых и студентов МИКМУС–2023. Москва, 13–14 ноября 2023. С. 185–189.
  7. Махутов Н. А. Испытания на статическую и циклическую прочность специальных образцов с искусственными и реальными рисками // Отчет Института машиноведения им. А. А. Благонравова РАН, 2003. 59 с.
  8. Яковлев Д. С., Микуров В. В., Машенцева М. С. Особенности механических характеристик массово применяемых марок сталей, используемых в технологических трубопроводах в интервале температур эксплуатации // Вестник Южно-Уральского Государственного университета. Металловедение и термическая обработка. 2022. Т. 22. № 3. С. 11–27.
  9. ANSYS2023 R1. Программная система анализа метода конечных элементов.
  10. Берендеев Н. Н. Методы решения задачи усталости в пакете ANSYS WORKBENCH. Н.-Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2012. 64 с.
  11. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. ПНАЭ Г-7-002-86. М.: Атомиздат, 1989. 525 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Sketch of samples (a), photograph (b) and shapes of sections of “cuts” (c).

Download (127KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Deformation diagrams of longitudinal samples of 17GS1 steel for temperatures: 1 – at +20 °C; 2 – at –20 °C; 3 – at –40 °C; 4 – at –80 °C.

Download (71KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Scheme of finite element partitioning of the object under study (a) and sections of rectangular (b), semi-elliptical (c) and wedge-shaped (d) “cuts”.

Download (94KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Patterns of OH distribution in the zone of maximum equivalent residual stresses in the sections of rectangular (a), semi-elliptical (b) and wedge-shaped (c) “tears” that arose at a cutter speed of 50 m/s.

Download (87KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Change in cutting forces (a), as well as maximum 1 and minimum 2 equivalent stresses (b) along the length of “tears” of a rectangular cross-section, arising at a speed of movement of the damaging element v = 50 m/s.

Download (277KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Instantaneous distribution patterns of plastic deformations arising when a rectangular (a) and semi-elliptical (b) cross-section cutter passes through a distance of 15 mm at a speed of v = 50 m/s.

Download (109KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Dependences of maximum residual stresses on the speed of movement of the damaging element: 1 – rectangular “tear” section; 2 – semi-elliptical; 3 – wedge-shaped.

Download (49KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Fields of the OH imported into the fatigue calculation module of images with “tears”: (a), (b) – rectangular; (c), (d) – elliptical; (d), (e) – wedge-shaped.

Download (203KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Selected material fatigue curve.

Download (54KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Distribution of stress intensities in samples with defects under maximum static load: (a), (b) – in a sample with a rectangular “tear”; (c), (d) – semi-elliptical; (d), (e) – wedge-shaped.

Download (199KB)
Indexing metadata
12. Fig. 11. Reserve in cycles before integrity failure of samples with defects: (a) – rectangular; (b) – semi-elliptical; (c) – wedge-shaped.

Download (112KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences