Конечно-элементное исследование смешанного нагружения на примере полудиска с вертикальным и наклонным надрезом

Abstract

В статье приведен класс конечно-элементных решений задач определения напряженно-деформированного состояния у вершины наклонного надреза в полудиске под действием сосредоточенной силы для различных значений угла наклона надреза 0 ,10 -40 ,45 ,49 ,50 -80 и вычислены параметры механики разрушения (коэффициентов интенсивности напряжений и Т-напряжения для нормального отрыва и поперечного сдвига) для различных видов смешанного нагружения. С помощью метода фотоупругости выполнена серия натурных экспериментов, нацеленных на анализ поля напряжений в полудиске и вида смешанного нагружения. Наблюдаемая интерференционная картина ясно видеть тип нагружения (нормальный отрыв и смешанное нагружение) и позволяет сделать заключение о невозможности реализации чистого поперечного сдвига в рассматриваемом типе образцов. Проведенное конечно-элементное исследование, реализованное в многофункциональном комплексе SIMULIA Abaqus, и последующее сравнение полученных результатов и наблюдений в рамках интерференционно-оптических методов механики деформируемого твердого тела (метод цифровой фотоупругости) подтверждают невозможность реализации чистого поперечного сдвига в данном типе образцов с наклонной трещиной. Анализ численных расчетов показывает, что действительно при угле наклона разреза, равном 49, чистого поперечного сдвига не происходит. В полудиске с наклонным надрезом реализуется смешанное нагружение для всех углов наклона надреза от 0 до 80. Numerical and experimental works are performed on the mixed-mode I/II brittle fracture by edge cracked semicircular bend specimens. In the test numerical program fracture test were conducted at crack inclination angles of 0 ,10 -40 ,45 ,49 ,50 -80 . The stress intensity factors for Mode I and Mode II loading and T-stresses are obtained numerically in FEM package SIMULIA Abaqus. The results of FEM modeling are compared with the experimental results obtained by the photoelasticity method. The experimental approach based on the photoelasticity method allows us to observe the von Mises equivalent stress distribution in the whole specimen and confirm the FEM studies performed. The comparison shows that in the specimen the pure mode II loading can’t be realized. Analysis of numerical studies and the isochromatic fringe patterns allows us to conclude that in the semicircular disc the mixed mode loadings are realized for all angles from 0 to 80.