Статья посвящена изучению поля напряжений у вершины трещины продольного сдвига на основе многопараметрического асимптотического представления поля напряжений у вершины трещины в линейно-упругом изотропном материале. Выполненный асимптотический анализ полей у вершины трещины продольного сдвига является естественным продолжением исследований, проведенных для многопараметрических полей напряжений у вершин трещин нормального отрыва и поперечного сдвига, а также смешанного нагружения. Несмотря на простоту анализа вклада высших приближений в общее представление поля напряжений у вершины трещины типа III, многокоэффициентные представления поля напряжений вблизи данного типа трещин освещены ранее не были. Показано, что приближения высших порядков должны обязательно учитываться для аккуратного представления поля напряжений и расширения области действия асимптотических разложений. Установлено, что чем больше расстояние от вершины трещины, тем больше слагаемых ряда необходимо сохранять вблизи кончика трещины
Идентификаторы и классификаторы
Уильямс [1] аналитически продемонстрировал существование особенностей в полях напряжений вокруг вершин трещин и углов из нескольких материалов, которые могут быть смоделированы как геометрические и/или материальные неоднородности клиньев из композитного материала. Асимптотическое решение поля напряжений в особой точке получается из основных дифференциальных уравнений упругости в частных производных с использованием метода разделения переменных (разложения по собственным функциям). Решение обычно записывается в виде ряда степенных функций в радиальной координате, исходящей из особой точки. Собственные значения, полученные в результате процедуры решения, определяют показатели степени. Собственные функции описывают угловое изменение напряжений. Собственные значения и функции асимптотического решения для композитного клина зависят от его геометрии и свойств материала. Получены многочисленные аналитические решения порядка сингулярности напряжений и полей напряжений для различных комбинаций материалов и геометрических форм.
Список литературы
1. Williams M.L. On the stress distribution at the base of a stationary crack // Journal of Applied Mechanics. 1957. Vol. 24, issue 1. P. 109-114. DOI: 10.1115/1.4011454
2. Hello G., Tahar M.B., Roelandt J.-M. Analytical determination of coefficients in cracktip stress expansions for a finite crack in an infinite plane medium // International Journal of Solids and Structures. 2012. Vol. 49, issues 3-4. P. 556-566. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2011.10.024 EDN: PHTOQX
3. Hello G. Derivation of complete crack-tip stress expansions from Westergaard-Sanford solutions // International Journal of Solids and Structures. 2018. Vol. 144-145. P. 265-275. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2018.05.012 EDN: YISTWP
4. Zhu F., Ji X., He P., Zheng B., Zhang K. On the stress singularity at crack tip in elasticity // Results in Physics. 2019. Vol. 13. P. 102210. DOI: 10.1016/j.rinp.2019.102210
5. Krepl O., Klusak J. Multi-parameter average strain energy density factor criterion applied on the sharp material inclusion problem // Procedia Structural Integrity. 2018. Vol. 13. P. 1279-1284. DOI: 10.1016/j.prostr.2018.12.261
6. Moazzami M., Ayatollahi M.R., Chamani H.R., Guagliano Vergani L. Determination of higher order stress terms in cracked Brazilian disc specimen under mode I loading using digital image correlation technique // Optic and Laser Technology. 2018. Vol. 107. P. 344-352. DOI: 10.1016/j.optlastec.2018.06.010
7. Karihaloo B.L., Xiao Q.Z. Asymptotic crack tip fields in linear and nonlinear materials and their role in crack propagation // Физическая мезомеханика. 2018. Т. 21, № 6. С. 23-35. DOI: 10.1134/S1029959919010053 EDN: YTYHPN
8. Berto F., Lazzarin P. Recent developments in brittle and quasi-brittle failure assessment of engineering materials by means of local approaches // Materials Science and Engineering: R: Reports. 2014. Vol. 75. P. 1-48. DOI: 10.1016/j.mser.2013.11.001 EDN: SQZGCR
9. Malikova L. Multi-parameter fracture criteria for the estimation of crack propagation direction applied to a mixed-mode geometry // Engineering Fracture Mechanics. 2015. Vol. 143. P. 32-46. DOI: 10.1016/j.engfracmech.2015.06.029 EDN: QBEMLF
10. Malikova L., Vesely V., Seitl S. Crack propagation direction in a mixed mode geometry estimated via multi-parameter fracture criteria // International Journal of Fatigue. 2016. Vol. 89. P. 99-107. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2016.01.010
11. Stepanova L.V. Asymptotics of stresses and strain rates near the tip of a transverse shear crack in a material whose behavior is described by a fractional-linear law // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2009. Vol. 50, № 1. P. 137-146. DOI: 10.1007/s10808-009-0019-9 EDN: LLXBOJ
12. Stepanova L.V., Roslyakov P.S. Multi-parameter description of the crack-tip stress field: Analytic determination of coefficients of crack-tip stress expansions in the vicinity of the crack tips of two finite cracks in an infinite plane medium // International Journal of Solids and Structures. 2016. Vol. 100-101. P. 11-28. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2016.06.032 EDN: XFOAPR
13. Vesely V., Sobek J., Seitl S. Multi-parameter approximation of the stress field in a cracked body in the more distant surrounding of the crack tip // International Journal of Fatigue. 2016. Vol. 89. P. 20-35. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2016.02.016 EDN: XQKSYD
14. Stepanova L.V., Adylina E.M. Stress-strain state in the vicinity of a crack tip under mixed loading // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2014. Vol. 55, № 5. P. 885-895. DOI: 10.1134/S0021894414050186 EDN: UFJCSP
15. Stepanova L.V., Yakovleva E.M. Asymptotic stress field in the vicinity of a mixedmode crack under plane stress conditions for a power-law hardening material // Journal of Mechanics of Materials and Structures. 2015. Vol. 10, № 3. P. 367-393. DOI: 10.2140/jomms.2015.10.367 EDN: VAJTXH
16. Stepanova L.V., Mushankova K.A. Atomistic and continuum Ascertainment of The crack tip stress fields in anisotropic elastic cubic media // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. 2024. Vol. 133. P. 104613. DOI: 10.1016/j.tafmec.2024.104613 EDN: BOCINW
17. Мушанкова К.А., Степанова Л.В. Определение коэффициентов асимптотического ряда для полей напряжений на основании молекулярно-динамических вычислений // Прикладная механика и техническая физика. 2024. DOI: 10.15372/PMTF202415537 EDN: JUUNNU
18. Анисимов Г.С., Степанова Л.В. Экспериментальное определение полей у вершины трещины: метод голографической интерферометрии и метод корреляции цифровых изображений // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2024. № 3. С. 39-56. DOI: 10.15593/perm.mech/2024.3.03 EDN: TNFWSC
19. Мусхелишвили Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. Москва: Наука, 1966. 708 c. URL: https://klex.ru/1fa4?ysclid=m5qsu4dvcj256999603.
Выпуск
Другие статьи выпуска
В данной работе проводится исследование особенностей моделирования атак на системы искусственного интеллекта. При построении модели используются марковские процессы принятия решений. Предлагается многоуровневый подход к интерпретации состояний системы, включающий несколько этапов детализации состояний. Этот подход основан на методологии MITRE ATLAS и Методике оценки угроз ФСТЭК. При формировании вектора учитывается специфика модели нарушителя и рассматриваются два основных режима моделирования: on-time и off-time. Описывается порядок формирования наград на абстрактном уровне (без конкретизации действий злоумышленника) построения модели
В работе изучается рождение J/ψ-мезонов в протон-протонных столкновениях в подходе пересуммирования мягких глюонов (неколлинеарная факторизация), в коллинеарной партонной модели и нерелятивистской квантовой хромодинамике. С использованием экспериментальных данных при энергии √s = 200 ГэВ фиксируются значения октетных непертурбативных матричных элементов. Для описания области промежуточных поперечных импульсов используется метод обратных погрешностей. Сделаны предсказания для сечения рождения и спектра по поперечному импульсу J/ψ-мезонов в кинематике эксперимента SPD NICA.
Проведено теоретическое исследование ассоциативного рождения J/ψ-мезонов и прямых фотонов в подходе реджезации партонов с использованием двух различных моделей адронизации пары тяжелых кварка и антикварка в тяжелый кварконий, известных как нерелятивистская квантовая хромодинамика (НРКХД) и улучшенная модель испарения цвета (УМИЦ). Мы нашли существенные отличия в предсказаниях для сечений рождения и спектров по поперечному импульсу J/ψ-мезонов и фотонов, полученных с использованием НРКХД и УМИЦ. Эти отличия могут быть применены для верификации используемых моделей адронизации. Выполненные нами предсказания сечений ассоциативного рождения J/ψ-мезонов и прямых фотонов при энергиях большого адронного коллайдера немного превышают предсказания, ранее полученные в расчетах в следующем за лидирующим порядке в коллинеарной партонной модели. Также мы сделали предсказания различных двухчастичных корреляционных спектров для ассоциативного рождения J/ψ-мезонов и прямых фотонов, которые представляют интерес при экспериментальных исследованиях.
В настоящий момент крупные нефтяные месторождения перешли на стадию падающей добычи, для поддержания пластового давления залежи необходимо применять технологии заводнения. С целью сохранения прежних темпов добычи нефти требуется форсировать отборы путем увеличения значения забойного давления на нагнетательном фонде скважин. Однако при этом увеличиваются риски превышения давления разрыва пласта, что способно привести к образованию техногенных трещин автогидроразрыва пласта (автоГРП). Интенсивное увеличение трещины автоГРП вызывает рост рисков преждевременного достижения воды по ней в зону дренирования добывающего фонда скважин, что, в свою очередь, приведет к увеличению значения обводненности добываемой продукции. Проведенный анализ актуальных численных математических моделей кольматирования техногенных трещин показал текущий статус определения объема утечек кольматационного агента за пределы трещины с учетом изменения температурного поля на забое нагнетательной скважины. Указанная проблема является актуальной, поскольку на ряде нефтегазовых месторождений проводились специальные комплексы исследований по определению роста техногенных трещин автоГРП, возникших в результате превышения давления разрыва пласта и попавших в зону дренирования добывающих скважин. Изменение температурного поля пласта позволит напрямую отследить изменения вязкости нагнетаемого кольматирующего агента, а также определить объем утечек агента за пределы трещины автоГРП. В работе описано построение неизотермической физико-математической модели нагнетания суспензионной системы (вода - реагент) в пласт с учетом изменения температурного поля пласта объема утечек реагента за пределы трещины автоГРП, учтенного впервые. Целью работы является установление зависимостей объема утечек кольматирующего агента, критического времени заполнения трещины от изменения температурного поля на забое нагнетательной скважины. Построена неизотермическая гидродинамическая модель, показывающая этапы инициации трещины автоГРП с последующей ее кольматацией. Получено распределение концентрации осевшего реагента как в трещине, так и за ее пределами в зависимости от изменения температурного поля на забое скважины. Определено, что объем утечек реагента уменьшается в случае учета изменения температурного поля на забое нагнетательной скважины при идентичных параметрах работы скважины и геолого-физических характеристиках пласта.
В статье приводится анализ проблем выпадения асфальтосмолопарафиновых отложений на внутренней поверхности стенок трубопроводов. Рассматривается задача численного моделирования температурного поля нагреваемого нефтепровода в программном продукте ANSYS. Исследуется процесс нагревания и остывания трубопровода при разной толщине отложений и скорости нефти. Разработана двухмерная численная модель нефтепровода, которая позволяет изучить поведение его температурного поля в процессе нагрева и остывания. Разработанные в статье исследования помогают сократить затраты на обслуживание нефтепроводов.
В работе предлагается способ оценки среднего размера спекла по экспериментально зафиксированным изображениям спекл-полей на КМОП-матрице. Данный способ может быть полезен при использовании в методах спекл-интерферометрии при определении их метрологических параметров.
В общих неортогональных координатах сформулированы нелинейные уравнения деформирования гибких пластин с учетом несовместных локальных деформаций. Использовались следующие предположения. 1. Перемещения пластины из отсчетной (самонапряженной) формы ограничены кинематическими гипотезами Кирхгофа - Лява. 2. Элементарные объемы, составляющие отсчетную форму, могут быть локально трансформированы в ненапряженное состояние посредством невырожденного линейного преобразования (гипотеза о локальной разгрузке). 3. Преобразования, обратные локальной разгрузке, - импланты - могут быть найдены из решения эволюционной задачи, моделирующей последовательное нанесение бесконечно тонких слоев на лицевую граничную поверхность пластины. Построены геометрические пространства аффинной связности, моделирующие глобальную отсчетную форму, свободную от напряжений. В качестве частных случаев рассмотрены: пространство Вайценбока (с ненулевым кручением), пространство Римана (с ненулевой кривизной) и пространство Вейля (с ненулевой неметричностью)
В настоящей работе анализируются результаты исследований акустических характеристик дозвуковых реактивных струй при воздействии на них высокочастотного шума. В качестве основного устройства, генерирующего высокочастотный звук, рассматривалась система, состоящая из периферийных сопел, расположенных вокруг основного (базового) сопла. Выявлено, что звуковое облучение оказывает существенное влияние на аэродинамические и акустические характеристики дозвуковых турбулентных струй.
В статье развит подход к построению решений уравнений Феппля - фон Кармана для квадратных пластин, основанный на прямой алгебраизации краевой задачи. Решение получено в виде разложения по базису в пространстве квадратно-интегрируемых функций. Для задания такого базиса использована система собственных функций линейного самосопряженного оператора. Коэффициенты разложения определяются методом редукции из бесконечномерной системы кубических уравнений. Это позволяет рассматривать предложенное решение как нелинейное обобщение классического метода Галеркина
В статье рассматриваются краевые задачи для разрывно-нагруженного параболического уравнения с оператором дробного интегродифференцирования Римана - Лиувилля с переменными коэффициентами. Доказана однозначная разрешимость задачи Коши - Дирихле для разрывно-нагруженного параболического уравнения дробного порядка. В работе также исследуются вопросы существования и единственности решения первой краевой задачи для разрывно-нагруженного уравнения параболического типа. Методом функции Грина, используя свойства фундаментального решения соответствующего однородного уравнения, а также предполагая, что коэффициенты уравнения ограничены, непрерывны и удовлетворяют условию Гельдера, оставаясь неотрицательными, показано, что решение задачи сводится к системе интегральных уравнений Вольтерра второго рода.
Издательство
- Издательство
- Самарский университет
- Регион
- Россия, Самара
- Почтовый адрес
- 443086, Самара, Московское шоссе, 34,
- Юр. адрес
- 443086, Самара, Московское шоссе, 34,
- ФИО
- Богатырев Владимир Дмитриевич (Ректор)
- E-mail адрес
- rector@ssau.ru
- Контактный телефон
- +7 (846) 3351826
- Сайт
- https://www.ssau.ru/