.png)
.png)
Послать статью по эл. почте 
Открытый доступ
Только для подписчиков
Моделирование зарождения трещин в материалах с регулярно расположенными сферическими порами в условиях многоосного нагружения
https://doi.org/10.17073/1683-4518-2023-3-13-20
Аннотация
С использованием метода конечных элементов проведено численное исследование начального этапа роста трещин в материале, содержащем сферические поры, в условиях многоосного сжатия (стесненные условия). Анализировали влияние расстояния между порами и механических свойств материала на локализацию разрушения и направление роста трещин. Рассмотрены как хрупкие, так и пластичные материалы. Установлено, что свойства материала и взаимное расположение дефектов существенно влияют на направление распространения трещин, возникающих на концентраторах напряжений (дефектах структуры), вплоть до взаимно перпендикулярных направлений (для одноосного сжатия). Получены численные оценки характерных размеров области влияния сферических пор друг на друга, за пределами которой поля напряжений соседних элементов структуры не перекрываются. Показаны зависимости размеров этой области от упругих характеристик материала матрицы. Полученные результаты актуальны для численной оценки продолжительности начальных стадий квазихрупкого разрушения гетерофазных материалов на керамической основе, в частности огнеупоров.
Об авторах
А. В. ЗаболотскийРоссия
Кандидат технических наук
г. Сатка Челябинской обл.
А. О. Мигашкин
Россия
г. Сатка Челябинской обл.
А. С. Григорьев
Россия
Томск
А. И. Дмитриев
Россия
Доктор физико-математически наук
ТомскМ. Ю. Турчин
Россия
Кандидат технических наук
г. Сатка Челябинской обл.
В. Т. Хадыев
Россия
г. Сатка Челябинской обл.
Е. В. Шилько
Россия
Доктор физико-математически наук
ТомскСписок литературы
1. Andreev, K. Thermal and mechanical cyclic tests and fracture mechanics parameters as indicators of thermal shock resistance ― case study on silica refractories / K. Andreev, V. Tadaion, Q. Zhu [et al.] // J. Eur. Ceram. Soc. ― 2019. ― Vol. 39. ― P. 1650‒1659. https://DOI:10.1016/j.jeurceramsoc.2018.12.062.
2. Andreev, K. Role of fatigue in damage development of refractories under thermal shock loads of different intensity / K. Andreev, V. Tadaion, Q. Zhu, W. Wang [et al.] // Ceram. Int. ― 2020. ― Vol. 46. ― P. 20707‒20716. DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.04.235.
3. Andreev, K. Failure of refractory masonry material under monotonic and cyclic loading ― Crack propagation analysis / K. Andreev, Y. Yin, B. Luchini, I. Sabirov // Journal of Construction and Building Materials. ― 2021. ― Vol. 299. ― Article 124203. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2021.124203.
4. Perepelitsyn, V. A. Crack genesis in refractories / V. A. Perepelitsyn, F. L. Kapustin, K. G. Zemlyanoi [et al.] // Refract. Ind. Ceram. ― 2016. ― Vol. 57, № 4. ― P. 394‒400. ― URL: https://doi.org/10.17073/1683-4518-2016-8-23-30/. Перепелицын, В. А. Генезис трещин в огнеупорах / В. А. Перепелицын, Ф. Л. Капустин, К. Г. Земляной [и др.] // Новые огнеупоры. ― 2016. ― № 8. ― С. 23‒30.
5. Zabolotsky, A. V. Application of the cell automata method to the brittle material thermal fatigue fracture simulation / A. V. Zabolotsky, L. M. Axelrod // International Journal of Mathematical and Computational Methods. ― 2017. ― Vol. 2. ― P. 284‒291.
6. Заболотский, А. В. Цифровизация промышленных тепловых процессов и агрегатов / А. В. Заболотский, А. Н. Борзов, В. Т. Хадыев, К. П. Андреев // Черная металлургия : Бюл. научно-технической и экономической информации. ― 2021. ― Т. 77, № 2. ― С. 209‒214.
7. Murakami, Y. Stress intensity factors handbook. Vol. 2 / Еd. by Y. Murakami. ― Oxford : Pergamon Press, 1987. ― 816 p.
8. Choi, N.-S. Kaiser effects in acoustic emission from composites during thermal cyclic-loading / N.-S. Choi, T.-W. Kim, K. Y. Rhee // NDT & E International. ― 2005. ― Vol. 38, № 4. ― P. 268‒274. ― https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2004.09.005/.
9. Kaiser, J. An investigation into the occurrence of noise in tensile tests or a study of acoustic phenomena in tensile tests : Ph. D. Thesis / J. Kaiser. ― Munchen, Germany, 1950. ― 538 р.
10. Astafurov, S. V. The possibilities and limitations of the homogenized description of inelastic behavior of brittle porous materials under constrained conditions / S. V. Astafurov, E. V. Shilko, S. G. Psakhie // PNRPU Mechanics Bulletin. ― 2017. ― Vоl. 1. ― P. 208‒232. Астафуров, С. В. О возможностях и ограничениях усредненного описания неупругого поведения хрупких пористых материалов в стесненных условиях / С. В. Астафуров, Е. В. Шилько, С. Г. Псахье // Вестник ПНИПУ. Механика. ― 2017. ― № 1. ― С. 208‒232.
11. Shilko, E. V. Strength of shear bands in fluidsaturated rocks: a nonlinear effect of competition between dilation and fluid flow / E. V. Shilko, A. V. Dimaki, S. G. Psakhie // Scientific Reports. ― 2018. ― Vol. 8. ― Article № 1428.
12. Cuss, R. J. Holloway the application of critical state soil mechanics to the mechanical behavior of porous sandstones / R. J. Cuss, E. H. Rutter // Int. J. Rock Mech. Min. ― 2003. ― Vol. 40, № 6. ― P. 847‒862.
13. Fossen, H. Deformation bands in sandstone : a review / H. Fossen, R. A. Schultz, Z. K. Shipton [et al.] // J. Geol. Soc. Lond. ― 2007. ― Vol. 164, № 4. ― P. 755‒769.
14. Menendez, B. Micromechanics of brittle faulting and cataclastic flow in berea Sandstone / B. Menendez, W. Zhu, T.-F. Wong // J. Struct. Geol. ― 1996. ― Vol. 18. ― P. 1‒16.
15. Wong, T.-F. The transition from brittle faulting to cataclastic flow in porous sandstones / T.-F. Wong, C. David, W. Zhu // Journal of Geophysical Research. ― 1997. ― Vol. 102. ― P. 3009‒3025.
16. Jaeger, C. Rock mechanics and engineering / C. Jaeger. ― Cambridge : Cambridge University Press, 2009. ― 523 p.
17. Wong, T.-F. The brittle-ductile transition in porous rock : a review / T.-F. Wong, Р. Baud // Journal of Structural Geology. ― 2012. ― Vol. 44. ― P. 25‒53.
18. Rutter, E. H. The deformation of porous sandstones ; are Byerlee friction and the critical state line equivalent / E. H. Rutter, C. T. Glover // Journal of Structural Geology. ― 2012. ― Vol. 44. ― P. 129‒140.
19. Stefanov, Y. P. Dynamics of inelastic deformation of porous rocks and formation of localized compaction zones studied by numerical modeling / Y. P. Stefanov, M. A. Chertov, G. R. Aidagulov, A. V. Myasnikov // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. ― 2011. ― Vol. 59. ― P. 2323‒2340.
20. Григорьев, А. С. Особенности разрушения футеровок в оборудовании разного размера / А. С. Григорьев, С. В. Данильченко, А. В. Заболотский [и др.] // Новые огнеупоры. ― 2022.― № 12. ― С. 3‒11.
21. Drucker, D. C. Soil mechanics and plastic analysis for limit design / D. C. Drucker, W. Prager // Quaterly of Applied Mathematics. ― 1952. ― Vol. 10. ― P. 157‒165.
22. Öztekin, E. Experimental determination of Drucker‒ Prager yield criterion parameters for normal and high strength concretes under triaxial compression / E. Öztekin, S. Pul, M. Hüsem // Construction and Building Materials. ― 2016. ― Vol. 112. ― P. 725‒732. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.02.127.
23. Kuliev, V. D. The gradient deformation criterion for brittle fracture / V. D. Kuliev, E. M. Morozov // Doklady Physics. ― 2016. ― Vol. 61. ― P. 502‒504. DOI: 10.1134/S1028335816100062.
24. Гольдштейн, Р. В. О модели структурированной среды в условиях сжатия / Р. В. Гольдштейн, Н. М. Осипенко // Механика твердого тела. ― 2010. ― № 6. ― C. 86‒97.
25. Гольдштейн, Р. В. Модель хрупкого разрушения пористых материалов при сжатии / Р. В. Гольдштейн, Н. М. Осипенко // Математическое моделирование систем и процессов. ― 2009. ― № 17. ― C. 47‒58.
26. Заболотский, А. В. Численное исследование напряженно-деформированного состояния хрупкого пористого материала в условиях многоосевого нагружения / А. В. Заболотский, В. Т. Хадыев, М. Ю. Турчин, А. О. Мигашкин // Физическая мезомеханика материалов. Физические принципы формирования многоуровневой структуры и механизмы нелинейного поведения : тез. докл. Междунар. конф. (г. Томск, 5‒8 сентября 2022 г.). ― Новосибирск : НГУ, 2022. ― С. 291, 292. DOI: 10.25205/978-5-4437-1353-3-176
Дополнительные файлы
Для цитирования: Заболотский А.В., Мигашкин А.О., Григорьев А.С., Дмитриев А.И., Турчин М.Ю., Хадыев В.Т., Шилько Е.В. Моделирование зарождения трещин в материалах с регулярно расположенными сферическими порами в условиях многоосного нагружения. Новые огнеупоры. 2023;(3):13-20. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2023-3-13-20
For citation: Zabolotsky A.V., Migashkin A.O., Grigor'ev A.S., Dmitriev A.I., Turchin M.Y., Khadyev V.T., Shil'ko E.V. Simulation of crack nucleation in materials with regularly arranged spherical pores under multiaxial loading conditions. NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2023;(3):13-20. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1683-4518-2023-3-13-20
Обратные ссылки
- Обратные ссылки не определены.