Визуализация процесса распространения трещин в хрупких анизотропных материалах при компьютерном моделировании

Задачи исследования
Показать возможность визуализации процесса распространения трещины;
Установить критерии, по которым оценивается раздваиваемый узел и траектория распространения трещины;
Показать влияние структуры материала на траекторию распространения трещины.

Основные принципы предложенной методики:
Разрушение материала при достижении предела прочности под действием приложенных внешних сил в отдельных точках конечно-элементных моделей;
совершение минимальной работы при продвижении трещины на расстояние, определяемое величиной конечного элемента.

Конечно-элементные модели, используемые при исследовании
Рис. 1. Общий вид конечно-элементной модели изотропного образца
Геометрические дефекты

Е=5000 кг/мм2; σв=20 кг/мм2
Рис. 2. Общий вид конечно-элементной модели анизотропного образца
Е=7100 кг/мм2; σв=30 кг/мм2
Е=8000 кг/мм2; σв=45 кг/мм2
Структурные составляющие:

Порядок проведения пошагового расчета траектории движения трещины

Расчет работы, требуемой для продвижения трещины
Рис. 4. Параметры, необходимые для расчета работы при продвижении трещины
А – затрачиваемая работа на перемещение трещины, кг·мм;
σг – напряжение в вершине трещины, кг/мм2;
σi – напряжение в предполагаемом узле последующего раздвоения, кг/мм2;
l – расстояние между узлом вершины трещины и предполагаемого узла раздвоения, мм;
t – толщина образца, мм;
α – угол между осью Y и направлением предполагаемого движения трещины, градусы.

Траектория продвижения трещины
В модели изотропного образца
В модели анизотропного образца
Структура материала

Выводы
Показана возможность визуализации процесса распространения трещины в моделях изотропного и анизотропного образцов;
Предложено эмпирическое уравнение, описывающее работу при перемещении трещины;
Показано влияние структуры материала на траекторию продвижения трещины.