Імовірнісний аналіз поширення втомних тріщин і граничного стану елементів конструкцій

Разработана методика моделирования роста усталостных трещин в элементах конструкций при регулярном и случайном нагружении, учитывающая статистические параметры нагружения, механических свойств, геометрию и размеры конструкции, а также трещины, которая дает возможность получить статистическое распределение конечных длин трещины при заданном количестве циклов нагружения и распределение долговечности для наперед заданной критичной длины трещины.

Разработана методика оценки вероятности разрушения элементов конструкций на основании численного моделирования равновесного состояния тела с трещиной с использованием двухпараметрического критерия разрушения, учитывающая статистические характеристики параметров нагружения, механических свойств и геометрии конструкции и трещины.

На основе предложенной методики оценена вероятность разрушения стальной трубы со спиральным сварным швом, нагруженной внутренним давлением. Поскольку трубопровод можно отнести к категории элементов конструкций без резервирования, разрушение которых может привести к тяжелым последствиям, то для числового анализа была выбрана допустимая вероятность разрушения [Pf] =7•10-5. Вероятности разрушения определены методом надежности второго порядка как функции нижнего предела статической трещиностойкости. Получено, что значение Kmatmin =47,0 и 82,0 МПаvм обеспечат заданную надежность ([Pf] = 7•10-5) для труб со средней глубиной трещины 2,0 и 3,0 мм, соответственно. Следовательно, комплексные определения статической трищиностойкости вместе с надежным неразрушающим контролем являются решающими мероприятиями для обеспечения безопасной эксплуатации трубопровода.

Вероятность достижения предельного состояния ролика МБЛЗ моделировали методом Монте-Карло (10 000 проб) для поверхностных полуэллиптических трещин глубиной а в диапазоне 0,05D…0,2D. Отношение глубины трещины к длине по поверхности , где 2с - длина полуэллиптической трещины по поверхности ролика.

Обнаружено, что при эксплуатационных напряжениях =257 МПа дефекты, глубина которых не превышает 45 мм, не приводят к разрушению конструкции. Вероятность разрушения Pf конструкции с трещиной глубиной 60 мм при 257 МПа равняется 0,0259.

Ключевые слова: скорость роста усталостных трещин, диаграмма оценки разрушения, оси колесных пар, долговечность, коэффициент интенсивности напряжений, метод конечных элементов.

Summary

Yasniy O.P. Probabilistic analysis of fatigue crack growth propagation and limit state of structural elements.

The thesis submitted for the Scientific Degree of Candidate of Engineering science on a speciality 01.02.04. - Fracture Mechanics. - Lutsk National Technical University, Lutsk, 2008.

Main laws of influence of stress ratio on fatigue crack growth rate in the material of railway axles of locomotives were revealed and statistical distributions of characteristics of cyclic crack resistance for steels and aluminium alloys were determined in the thesis.

The technique of modeling of fatigue crack growth propagation in structural elements under regular and random loading was developed, taking into account statistical characteristics of loading parameters, mechanical properties and geometry, that gives the ability to obtain statistical distribution of final crack length for the given number of loading cycles and the distribution of lifetime for the given before critical crack length.

The technique of assessment of probability of failure of structural elements were developed based of numerical modeling of equilibrial state of cracked body using two-parametric fracture criterion, taking into account statistical characteristics of loading parameters, mechanical properties and geometry of crack and of construction.

Keywords: fatigue crack growth rate, failure assessment diagram, railway axles, lifetime , stress intensity factor, finite elements method.

Размещено на Allbest.ru