Математичні моделі прогнозування залишкової довговічності біметалевих пластин із втомними тріщинами за впливу водневмісного середовища

O. Ye. Andreykiv, I. Ya. Dolinska, S. V. Nastasiak

Анотація


Побудовано математичні моделі для визначення періоду докритичного росту поверхневої та наскрізної воднево-втомної тріщини в біметалевій пластині за дії циклічного навантаження і водневмісного середовища. Моделі ґрун­ту­ють­ся на використанні механічного аналогу першого закону термодинаміки – балансу енерге­тич­них складових та швидкостей їхньої зміни. Розраховано залишкову дов­го­вічність пластини зі сталей 35ХН3МФА і 40Х.

 

Зразок для цитування: О. Є. Андрейків, І. Я. Долінська, С. В. Настасяк, “Математичні моделі прогнозування залишкової довговічності біметалевих пластин із втомними тріщинами за впливу водневмісного середовища”, Мат. методи та фіз.-мех. поля, 67, №3-4, 195-202 (2024), https://doi.org/10.15407/mmpmf2024.67.3-4.195-202


Ключові слова


математична модель, біметалева пластина, ріст воднево-втомної тріщини, залишкова довговічність, водневмісне середовище

Посилання


O. Ye. Andreikiv, I. Ya. Dolins’ka, V. Z. Kukhar, I. P. Shtoiko, “Influence of hydrogen on the residual service life of a gas pipeline in the maneuvering mode of operation,” Fiz.-Khim. Mekh. Mater., 51, No. 4, 59–66 (2015) (in Ukrainian); English translation: Mater. Sci., 51, No. 4, 500–508 (2016), https://doi.org/10.1007/s11003-016-9868-6

O. Ye. Andreikiv, I. Ya. Dolins’ka, N. V. Yavors’ka, “Estimation of the periods of initiation and propagation of creep-fatigue cracks in thin-walled structural elements,” Fiz.-Khim. Mekh. Mater., 47, No. 3, 7–15 (2011) (in Ukrainian); English translation: Mater. Sci., 47, No. 3, 273–283 (2011), https://doi.org/10.1007/s11003-011-9393-6

O. Andreikiv, H. Nykyforchyn, I. Shtoiko, “Evaluation of the residual service life of a gas pipeline pipe under cyclic changes of gas pressure and hydrogenation of its wall,” Fiz.-Khim. Mekh. Mater., No. 11, Special Issue, Proc. XIII Int. conf. “Problems of corrosion and corrosion protection of structural materials” (June 14-15, 2016, Lviv), 61–66 (2016) (in Ukrainian).

M. N. Georgiev, G. N. Nikiforchin, N. Ya. Mezhova, L. P. Strok, L. Yu. Kozak, “Mechanism of the effect of hydrogen on fatigue crack propagation in structural steels,” Fiz.-Khim. Mekh. Mater., 24, No. 3, 39–42 (1988) (in Russian); English translation: Sov. Mater. Sci., 24, No. 3, 244–246 (1988), https://doi.org/10.1007/BF00724330

O. N. Romaniv, G. N. Nikiforchin, L. Yu. Kozak, “Structural sensitivity of the cyclic crack resistance of rotor steel in gaseous hydrogen,” Fiz.-Khim. Mekh. Mater., 20, No. 5, 20–26 (1984) (in Russian); English translation: Sov. Mater. Sci., 20, No. 5, 424–429 (1985), https://doi.org/10.1007/BF00723135

D. V. Rudavsky, Residual resource of metal structural elements in hydrogen-containing media [in Ukrainian], Nauk. Dumka, Kyiv (2011).

N. J. Al-Ramahi, R. Joffe, J. Varna, “Criteria for crack path deviation in adhesive layer of bi-material DCB specimen,” Compos. Part A-Appl. S., 147, Article No. 106408 (2021), https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2021.106408

X. M. An, Z. Y. Zhao, H. H. Zhang, L. He, “Modeling bimaterial interface cracks using the numerical manifold method,” Eng. Anal. Bound. Elem, 37, No. 2, 464–474 (2013), https://doi.org/10.1016/j.enganabound.2012.11.014

T. L. Anderson, Fracture Mechanics: Fundamentals and Applications, CRC Press, Boca Raton, London, New York, Washington (1994).

A. Burke-Veliz, S. Syngellakis, P. A. S. Reed, “Assessment of three-dimensional crack growth in ductile layered material systems,” Eng. Fract. Mech., 88, 15–27 (2012), https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2012.03.007

N. Chi Tho, D. Van Thom, P. Hong Cong, A. M. Zenkour, D. Hong Doan, P. Van Minh, “Finite element modeling of the bending and vibration behavior of three-layer composite plates with a crack in the core layer,” Compos. Struct., 305, Article No. 116529 (2023), https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2022.116529

A. N. Guz, M. Sh. Dyshel, “Buckling and cracking characteristics of two-layered plate in tension,” Theor. Appl. Fract. Mech., 38, No. 1, 103–107 (2002), https://doi.org/10.1016/S0167-8442(02)00084-8

S. Kolitsch, O. Kolednik, “Stress intensity factors for micro- and macroscale bimaterial cantilevers and bend specimens,” Thin Solid Films, 732, Article No. 138750 (2021), https://doi.org/10.1016/j.tsf.2021.138750

T. Kundu, “Dynamic interaction between two interface cracks in a three-layered plate,” Int. J. Solids Struct., 24, No. 1, 27–39 (1988), https://doi.org/10.1016/0020-7683(88)90096-0

P. Li, Q. Shao, L. Li, J. Yang, Q. Huang, A. Makradi, H. Hu, “A novel strength-energy criterion for bimaterial interface crack propagation,” Int. J. Solids Struct., 298, Article No. 112864 (2024), https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2024.11286

Zh. Liu, X. Chen, D. Yu, X. Wang, “Analysis of semi-elliptical surface cracks in the interface of bimaterial plates under tension and bending,” Theor. Appl. Fract. Mech., 93, 155–169 (2018), https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2017.07.019

M. M. Mirsayar, “T-strain effects in kinked interfacial fracture of bonded composites,” Theor. Appl. Fract. Mech., 104, Article No. 102381 (2019), https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2019.102381

Y. Murakami (ed.), Stress Intensity Factors Handbook, Pergamon, Oxford (1987).

V. Skalskyi, O. Andreikiv, I. Dolinska, “Assessment of subcritical crack growth in hydrogen-containing environment by the parameters of acoustic emission signals,” Int. J. Hydrogen Energy, 43, No. 10, 5217–5224 (2018), https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.01.124

Y. Zhao, S. Zhang, “Exploiting Rayleigh waves in layered materials for the localization of near-surface cracks,” Int. J. Mech. Sci., 278, Article No. 109421 (2024), https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2024.109421


Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.


Creative Commons License
Ця робота ліцензована Creative Commons Attribution 3.0 License.