Оценка методом конечных элементов эффективности локального бокового обжатия призматических образцов с надрезом

При оценке результатов испытаний образцов с предварительно выращенной усталостной трещиной на статическую трещиностойкость одним из критериев их корректности является прямолинейность фронта трещины. В действительности за счет наличия остаточных напряжений идеально прямолинейного фронта трещины не бывает. Особенно это актуально для образцов, вырезанных из сварных соединений, из-за наличия остаточных сварочных напряжений (ОСН). Одним из методов, позволяющих снизить влияние ОСН, является боковое обжатие образцов. Его эффективность доказана опытным путем, какие-либо количественные оценки в доступной литературе не представлены. В рамках настоящей работы с использованием метода конечных элементов произведено моделирование процесса сварки, вырезки образца и его обжатия. Также произведены расчеты влияния обжатия на однородный металл без остаточных напряжений. Установлено, что в процессе обжатия поле остаточных напряжений, возникающее в процессе сварки и изготовления образца, заменяется иным полем с меньшим градиентом напряжений, более благоприятным для получения фронта трещины, отвечающего критериям корректности результатов признанных методик испытаний. Расчетами показано, что в диапазоне реализуемых на практике степеней бокового обжатия полное снятие остаточных напряжений как в основном металле, так и в сварном соединении невозможно.

1. DNVGL-RU-SHIP. Rules for classification: Ships (RU-SHIP). Part 2: Materials and welding. Ch. 2: Metallic materials, rev. 2018-01. - 217 p.

2. Российский морской регистр судоходства. НД № 2-020101-124. Правила классификации и постройки морских судов. Часть XIII. Материалы. - СПб., 2020. - 273 с.

3. BS 7448 Fracture Mechanics Toughness Test. Part 1. Method for determination of K1c, critical CTOD and critical J - values of metallic materials, 1991.

4. ISO 15653:2018. Metallic materials. Method of test for the determination of quasistatic fracture toughness of welds. - 2018. - 46 p.

5. Ильин А.В., Филин В.Ю. Аттестация судокорпусной стали по параметру трещиностойкости CTOD металла зоны термического влияния сварных соединений. Анализ критериев корректности испытаний. // Вопросы материаловедения. Труды конференции молодых ученых и специалистов ЦНИИ КМ «Прометей», 24-25 июня 2002 г.

6. Артемьев Д. М., Садкин К. Е., Мизецкий А. В. Расчетная оценка остаточных сварочных напряжений в сварных соединениях судокорпусных конструкций методом конечных элементов // Безопасность и живучесть технических систем: материалы и доклады V Всероссийской конференции, Красноярск, 12-16 октября 2015г. В 3 т.: Т.1. - С. 51-55.