Многофакторная модель распространения трещины в конструкционных элементах и образцах для расчетов методом конечных элементов

   Немаловажным аспектом защиты национальных интересов России в Арктике является использование судостроительных сталей, обеспечивающих отсутствие хрупких разрушений при низких температурах эксплуатации. Хладостойкость сталей проверяется с помощью специальных механических испытаний, требования к результатам которых должны иметь расчетное обоснование. В статье рассмотрено моделирование конструкционных элементов из листовой стали и образцов методом конечных элементов (МКЭ) и представлено описание предлагаемых условий конкурирующего вязкого и хрупкого разрушения. Локальные условия разрушения связывают событие хрупкого разрушения с достижением критического значения жесткости напряженного состояния, вязкого разрушения — с накопленной пластической деформацией отрыва и сдвига. Их совместное применение в расчетах позволяет моделировать вид излома и количественно оценивать соотношение различных параметров, например, в случае испытания падающим грузом — доли волокнистой составляющей и работы разрушения, а также оценивать трещиностойкость, необходимую для торможения трещины в типовом конструкционном элементе. Это позволяет перейти к обоснованию требований к результатам испытаний по определению температур вязко-хрупкого перехода.

1. Башаев В.К. Разработка технологии производства листового проката толщиной до 50 мм из высокопрочных сталей с индексом «Arc» / В.К. Башаев, Е.И. Хлусова, С.А. Голосиенко // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. — 2013. — № 36. — С. 100 — 111.

2. Башаев В.К. Хладостойкость высокопрочной легированной стали с пределом текучести 500 МПа / В.К. Башаев, Г.Д. Мотовилина, В.В. Рябов, О.В. Сыч и др. // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. — 2014. — № 37. — С. 29 — 38.

3. Аносов А.П. Устройство для активной противоледовой защиты морских нефтегазовых сооружений / А.П. Аносов, Н.И. Восковщук // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. — 2021. — № 64/65. — С. 58 — 67.

4. Тряскин В.Н. Оценка возможности применения действующих Правил РС к конструкциям ледовых усилений стоечных судов / В.Н. Тряскин, В.В. Платонов, И.А. Свистунов // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. — 2021. — № 62/63. — С. 89 — 99.

5. Филин В.Ю. Обоснование требований МАКО и Регистра к выбору материалов корпусных конструкций, эксплуатируемых при низких климатических температурах. Часть 2. Сопротивление распространению трещины / В.Ю. Филин, А.В. Ильин, А.В. Ларионов, Е.Д. Назарова // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. — 2024. — № 74. — С. 56 — 69.

6. Филин В.Ю. Экспериментальные исследования и расчеты распространения трещины при температуре нулевой пластичности судостроительной стали / В.Ю. Филин, А.В. Мизецкий, Д.Р. Бараков, М.М. Пегливанова // Вопросы материаловедения. — 2024. — №. 2(118). — С. 144 — 153.

7. Filin V.Yu. Quality control of steels for large-sized welded structures of the Arctic shelf: Application of Russian and foreign requirements / V.Yu. Filin // Inorganic Materials: Applied Research. — 2019. — Vol. 10. No. 6. — P. 1492 — 1503. — DOI: 10.1134/S207511331906008X.

8. Barakov D.R. Actual problems of strength and reliability of steel arctic structures. Assessment procedures of crack start and arrest condition / D.R. Barakov, V.Yu. Filin // Proceedings of the XIII International Conference "Navy and Shipbuilding Nowadays" (NSN’24). — IKP "NP-PRINT", 2024. — P. 239 — 246.

9. Правила классификации и постройки морских судов. Часть XIII. «Материалы» / Российский морской регистр судоходства. — СПб., 2023. — 390 с.

10. Филин В.Ю. Количественные оценки сопротивления распространению разрушения судостроительных и трубных сталей / В.Ю. Филин, А.В. Ильин, А.В. Ларионов, А.В. Мизецкий и др. // Безопасность и мониторинг природных и техногенных систем : м-лы и докл. VIII Всеросс. конф. (Красноярск, 16 — 20 сентября 2023 г.). — Новосибирск: ФИЦ ИВТ, 2023. — С. 83 — 88. — DOI: 10.25743/SSTS.2023.78.16.019.

11. Ильин А.В. Моделирование МКЭ распространения и торможения хрупкого разрушения в пластинах с исходной трещиной / А.В. Ильин, Д.М. Артемьев, В.Ю. Филин // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. — 2018. — Т. 84. — № 1(I). — С. 56 — 65.

12. Ларионов А.В. Оценка связи сопротивления металла вязкому разрушению с поглощенной энергией при испытаниях падающим грузом / А.В. Ларионов, В.Ю. Филин, А.В. Ильин // Физико-механические испытания, прочность и надежность современных конструкционных и функциональных материалов : м-лы XIV Всеросс. конф. по испытаниям и исследованиям свойств материалов «ТестМат» (Москва, 25 марта 2022 г.). — М.: НИЦ «Курчатовский институт» — ВИАМ, 2022. — С. 506 — 520.

13. Cockcroft M.G. Ductility and the workability of metals / M.G. Cockcroft, D.J. Latham // Journal of the Institute of Metals. — 1968. — Vol. 96. — Р. 33 — 39.

14. Oh S.I. Ductile fracture in axisymmetric extrusion and drawing. Part 2: Workability in extrusion and drawing / S.I. Oh, C.C. Chen, S. Kobayashi // Journal of Engineering for Industry. — 1979. — Vol. 101. — P. 36 — 44.

15. Власов А.В. О применении критерия Кокрофта-Лэтэма для прогнозирования разрушения при холодной объемной штамповке // Известия ТулГУ. Технические науки. — 2017. — Вып. 11. Ч. 1. — С. 46 — 58.

16. Stebunov S. Prediction of fracture in cold forming with modified Cockroft-Latham criterion / S. Stebunov, A. Vlasov, N. Biba / Procedia Manufacturing. — 2018. — Vol. 15. — Р. 519 — 526.