РАСЧЕТ НАПРЯЖЕНИЙ В ПОЛОЙ СФЕРЕ С ВНУТРЕННИМИ ПОВЕРХНОСТНЫМИ ДЕФЕКТАМИ
Аннотация
В различных отраслях промышленности широко используются сосуды давления, в частности, распространены цилиндрические и сферические тонкостенные сосуды. Агрессивное воздействие окружающей среды при эксплуатации, а также рабочие нагрузки приводят к постепенному накоплению дефектов в конструкциях. Поскольку локальные дефекты действуют как концентраторы напряжений, для обеспечения прочности и надежности работы конструкции необходимо учитывать концентрацию напряжений вблизи дефектов. В работе рассматривается тонкостенная сфера под давлением, на внутренней поверхности которой имеются повреждения. Дефекты моделируются в виде сферических выемок, погруженных на глубину, равную половине своего радиуса. Количество дефектов варьируется. Дефекты расположены равномерно вдоль одной из окружностей большого круга сферы. Для оценки напряженного состояния построены 3D-модели сферического сосуда с дефектами. Рассматривается разное количество дефектов и различные размеры дефектов, каждому значению параметров соответствует своя модель геометрии. С использованием пакета конечно-элементного анализа ANSYS Workbench для каждой построенной модели производится приложение нагрузок (на внутреннюю поверхность сосуда действует давление), разбиение модели на конечные элементы и строится поле распределения максимальных нормальных напряжений в теле. Расчеты производятся в рамках линейной теории упругости. Проведен численный эксперимент по изучению влияния количества поверхностных дефектов на напряженное состояние в их окрестности. Исследована зависимость рассчитанных напряжений в теле от глубины дефектов. Показано, что при увеличении количества дефектов, а также при увеличении их глубины максимальное нормальное напряжение возрастает.
Список литературы
1. Brighenti R.,Carpinteri A. Surface cracks in fatigued structural components: A review // Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures. 2013. Vol. 36. № 12. P. 1209-1222.
2. Глушков С.В., Скворцов Ю.В., Перов С.Н. Сравнение результатов решения задачи механики разрушения для трубы с несквозной трещиной // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2014. № 3. С. 36-49.
3. Afshar R., Berto F. Stress concentration factors of periodic notches determined from the strain energy density // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. 2011. Vol. 56. № 3. P.127-139.
4. Шувалов Г.М., Костырко С.А. Второе приближение метода возмущений в задаче о твердом теле со слабоискривленной границей // Процессы управления и устойчивость. 2017. Т. 4. № 1. С. 256-260.
5. Шувалов Г.М., Костырко С.А. Влияние упругих свойств поверхности твердого тела на процесс ее реорганизации под действием напряжений// Процессы управления и устойчивость. 2018. Т. 5. № 1. C. 224-228.
6. Kostyrko S.A., Shuvalov G.M. Surface elasticity effect on diffusional growth of surface defects in strained solids // Continuum Mechanics and Thermodynamics. 2019. № 31. P. 1795-1803.
7. Вакаева А.Б. Эффект поверхностных напряжений и формы нанометрового рельефа поверхности отверстия в упругом теле // Процессы управления и устойчивость. 2016.Т. 3. № 1. С. 154-158.
8. Grekov M.A., Vakaeva A.B. The perturbation method in the problem on a nearly circular inclusion in an elastic body // Proceedings of the 7th International Conference on Coupled Problems in Science and Engineering (Coupled Problems 2017). Rhodes, 2017. P. 963-971.
9. Vakaeva A.B., Grekov M.A. Effect of interfacial stresses in an elastic body with a nanoinclusion // AIP Conference Proceedings. 2018. Vol. 1959. P. 070036. DOI: 10.1063/1.5034711.
10. Абакаров А.М., Никулина М.М. Расчёт напряжённого состояния растягиваемой пластины с поверхностными сферическими дефектами // Процессы управления и устойчивость. 2019. Т. 6. № 1. С. 63-67.
11. Гасратова Н.А., Старева И.А. Исследование напряженно-деформированного состояния железобетонной балки при наличии трещины // Молодой ученый. 2016. № 9. С. 10-15.
12. Остсемин А.А., Уткин П.Б. Напряженно-деформированное состояние и коэффициент интенсивности напряжений в окрестности трещиноподобных дефектов при двухосном растяжении пластины // Прикладная механика и техническая физика. 2014. Т. 55. № 6. С.162-172.
13. Nakai T., Matsushita H., Yamamoto N., Arai H. Effect of pitting corrosion on local strength of hold frames of bulk carriers (1st report) //Marine Structures. 2004. Vol. 17. № 5. P. 403-432.
14. Obeyesekere N.U. Pitting corrosion // Trends in Oil and Gas Corrosion Research and Technologies: Production and Transmission. Elsevier, 2017. P. 215-248.
15. Тарасенко А.А., Чепур П.В., Кузовников Е.В., Тарасенко Д.А. Расчет напряженно-деформированного состояния приемо-раздаточного патрубка с дефектом с целью обоснования возможности его дальнейшей эксплуатации // Фундаментальные исследования. 2014. № 9-7. С. 1471-1476.
16. Коробков Г.Е., Янчушка А.П., Закирьянов М.В. Численное моделирование напряженно-деформированного состояния участка газопровода с отводами холодного гнутья по данным внутритрубной диагностики // Записки Горного института. 2018. Т. 234. С. 643-646.
17. Седова О.С., Хакназарова Л.А. Расчет напряжений в толстостенном сферическом элементе с наружной выемкой // Процессы управления и устойчивость.2014. Т. 1. № 1. С. 212-217.
18. Окулова Д.Д., Вакаева А.Б., Седова О.С. Расчёт напряжений в полой сфере с поверхностными дефектами // Процессы управления и устойчивость. 2019. Т. 6. № 1.С. 112-116.
19. Carpinteri A., Ronchei C., Vantadori S. Stress intensity factors and fatigue growth of surface cracks in notched shells and round bars: two decades of research work // Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures. 2013. Vol. 36. № 11. P. 1164-1177.
20. Arumugam T., Karuppanan S., Ovinis M. Finite element analyses of corroded pipeline with single defect subjected to internal pressure and axial compressive stress // Marine Structures. 2020. Vol. 72. P. 102746.
Для цитирования:
Седова О.С. РАСЧЕТ НАПРЯЖЕНИЙ В ПОЛОЙ СФЕРЕ С ВНУТРЕННИМИ ПОВЕРХНОСТНЫМИ ДЕФЕКТАМИ. Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2020;(2):68-73. https://doi.org/10.18323/2073-5073-2020-2-68-73
For citation:
Sedova O.S. CALCULATION OF STRESSES IN A SPHERICAL SHELL WITH INTERNAL SURFACE DEFECTS. Science Vector of Togliatti State University. 2020;(2):68-73. (In Russ.) https://doi.org/10.18323/2073-5073-2020-2-68-73
Просмотров: 45
Послать статью по эл. почте 