Без рубрики

Квазихрупкое разрушение структурно-неоднородного материала с круговым отверстием при сжатии

С.В. Сукнёв
DOI 10.31242/2618-9712-2020-25-2-11

Показать больше

Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского СО РАН, Якутск, Россия
[email protected]

Поступила в редакцию 14.04.2020
Принята к публикации 20.05.2020

УДК 539.4

Информация для цитирования
Сукнёв С.В. Квазихрупкое разрушение структурно-неоднородного материала с круговым отверстием при сжатии // Природные ресурсы Арктики и Субарктики. 2020. Т. 25, № 2. С. 137–146. https://doi. org/10.31242/2618-9712-2020-25-2-11

АННОТАЦИЯ: Представлены результаты экспериментального и теоретического исследования разрушения гипсовых плит, содержащих круговое отверстие и подверженных действию неравномерно распределенной сжимающей нагрузки. Испытывали образцы, изготовленные из высокопрочного гипса и из обычного строительного гипса. Образцы из высокопрочного гипса разрушались хрупко, в то время как образцы из строительного гипса продемонстрировали квазихрупкий характер разрушения. Для расчета критической нагрузки предложено использовать модифицированный нелокальный критерий разрушения, являющийся развитием критерия средних напряжений и содержащий комплексный параметр, характеризующий размер зоны предразрушения и учитывающий не только структуру материала, но также пластические свойства материала, геометрию образца и условия его нагружения. Результаты расчетов хорошо согласуются с полученными экспериментальными данными. Кроме того, применение модифицированного нелокального критерия позволило объяснить наблюдаемую в эксперименте смену характера разрушения с хрупкого на вязкий при увеличении размера отверстия. Полученные результаты имеют важное практическое значение для расчетов на прочность материалов и конструкций с концентраторами напряжений.

Ключевые слова: гипс, хрупкое разрушение, квазихрупкое разрушение, нелокальный критерий разрушения, отверстие, масштабный эффект.

Благодарности. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант № 18-05-00323.

Список литературы
  1. Новожилов В.В. О необходимом и достаточном критерии хрупкой прочности // Прикл. математика и механика. 1969. Т. 33, № 2. С. 212–222.
  2. Lajtai E.Z. Effect of tensile stress gradient on brittle fracture initiation // Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 1972. V. 8, No. 5. P. 569–578.
  3. Whitney J.M., Nuismer R.J. Stress fracture criteria for laminated composites containing stress concentrations // J. Compos. Mater. 1974. Vol. 8, No. 4. P. 253–265.
  4. Carter B.J., Lajtai E.Z., Yuan Y. Tensile fracture from circular cavities loaded in compression // Int. J. Fract. 1992. V. 57, No. 3. P. 221–236.
  5. Seweryn A., Mroz Z. A non-local stress failure condition for structural elements under multiaxial loading // Eng. Fract. Mech. 1995. V. 51, No. 6. P. 955–973.
  6. Mikhailov S.E. A functional approach to non-local strength condition and fracture criteria // Eng. Fract. Mech. 1995. V. 52, No. 4. P. 731–754.
  7. Корнев В.М. Интегральные критерии хрупкой прочности трещиноватых тел с дефектами при наличии вакансий в носике трещины. Прочность компактированных тел типа керамик // ПМТФ. 1996. Т. 37,
    № 5. С. 168–177.
  8. Сукнев С.В., Новопашин М.Д. Определение локальных механических свойств материалов // Докл. РАН. 2000. Т. 373, № 1. С. 48–50. DOI: 10.1134/ 1.1307085
  9. Левин В.А., Морозов Е.М. Нелокальный критерий разрушения. Конечные деформации // Докл. РАН. 2002. Т. 386, № 1. С. 46–47.
  10. Torabi A.R., Pirhadi E. Stress-based criteria for brittle fracture in key-hole notches under mixed mode loading // Eur. J. Mech. A/Solids. 2015. V. 49. P. 1–12.
  11. Cornetti P., Pugno N., Carpinteri A., Taylor D. Finite fracture mechanics: a coupled stress and energy failure criterion // Eng. Fract. Mech. 2006. V. 73, No. 14. P. 2021–2033.
  12. Taylor D. The theory of critical distances: a new perspective in fracture mechanics. Oxford: Elsevier, 2007. 284 p.
  13. Justo J., Castro J., Cicero S., Sánchez-Carro M.A., Husillos R. Notch effect on the fracture of several rocks: Application of the Theory of Critical Distances // Theor. Appl. Fract. Mech. 2017. V. 90. P. 251–258.
  14. Vargiu F., Sweeney D., Firrao D., Matteis P., Taylor D. Implementation of the Theory of Critical Distances using mesh control // Theor. Appl. Fract. Mech. 2017. V. 92. P. 113–121.
  15. Sapora A., Cornetti P. Crack onset and propagation stability from a circular hole under biaxial loading // Int. J. Fract. 2018. V. 214, No. 1. P. 97–104.
  16. Sapora A., Torabi A.R., Etesam S., Cornetti P. Finite Fracture Mechanics crack initiation from a circular hole // Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. 2018. V. 41, No. 7. P. 1627–1636.
  17. Сукнёв С.В. Нелокальные критерии разрушения. Критерий конечной трещины // Природные ресурсы Арктики и Субарктики. 2018. Т. 23, № 1. С. 67–DOI: 10.31242/2618-9712-2018-23-1-67-74
  18. Taylor D. The Theory of Critical Distances applied to multiscale toughening mechanisms // Eng. Fract. Mech. 2019. V. 209. P. 392–403.
  19. Vedernikova A., Kostina A., Plekhov O., Bragov A. On the use of the critical distance concept to estimate tensile strength of notched components under dynamic loading and physical explanation theory // Theor. Appl. Fract. Mech. 2019. V. 103, Article 102280. P. 1–11.
  20. Justo J., Castro J., Cicero S. Notch effect and fracture load predictions of rock beams at different temperatures using the Theory of Critical Distances // Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 2020. V. 125, Article 104161. P. 1–15.
  21. Сукнев С.В. Нелокальные и градиентные критерии разрушения квазихрупких материалов при сжатии // Физическая мезомеханика. 2018. Т. 21, № 4. С. 22–32.
  22. Сукнев С.В. Разрушение хрупкого геоматериала с круговым отверстием при двухосном нагружении // ПМТФ. 2015. Т. 56, № 6. С. 166–172. DOI: 10.1134/S1029959919060079
  23. Сукнев С.В. Применение нелокальных и градиентных критериев для оценки разрушения геоматериалов в зонах концентрации растягивающих напряжений // Физическая мезомеханика. 2011. Т. 14, № 2. С. 67–75.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.