Термоупругое состояние полупространства с краевой трещиной в условиях локального нагрева

Рейтинг:   / 0
ПлохоОтлично 

Authors:

В. М. Зеленяк, кандидат технич. наук, доцент, orcid.org/0000-0002-6653-4326, Национальный университет „Львовская политехника“, г. Львов, Украина, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Л. И. Коляса, кандидат физико-математических наук, orcid.org/0000-0002-9690-8042, Национальный университет „Львовская политехника“, г. Львов, Украина, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

В. Б. Лоик, кандидат технич. наук, orcid.org/0000-0002-3772-1640, Львовский государственный университет безопасности жизнедеятельности, г. Львов, Украина

О. Д. ­Синельников, кандидат технич. наук, orcid.org/0000-0002-0429-147X, Львовский государственный университет безопасности жизнедеятельности, г. Львов, Украина

Abstract:

Цель. Определение двумерного термоупругого состояния в полубесконечном твердом теле (полупространстве), ослабленном краевой трещиной при действии локального нагрева. Тепловой поток, обусловленный фрикционным нагревом на локальном участке тела, вызывает изменение температуры и напряжений в теле, что значительно влияет на его прочность, поскольку может привести к росту трещины и локальному разрушению. Поэтому изучение проблемы фрикционного нагрева имеет практический интерес. В этой работе предлагается исследовать интенсивность термонапряжений в окрестности вершины трещины в зависимости от локального размещения теплового потока и ориентации трещины.

Методика. Методика изучения двумерного термоупругого состояния тела с трещиной, как концентратором напряжений, базируется на методе функции комплексной переменной, с помощью которого задачи стационарной теплопроводности и термоупругости сведены к сингулярным интегральным уравнениям (СИУ) первого рода, числовое решение которых получено методом механических квадратур.

Результаты. В работе получены графические зависимости коэффициентов интенсивности напряжений (КИН) в вершине трещины от угла ее ориентации, от взаимного расположения трещины и локального участка нагрева, от ширины этого участка, что в дальнейшем можно использовать для определения критического значения интенсивности локального теплового потока из уравнений предельного равновесия, при котором начинается рост трещины и локальное разрушение тела.

Научная новизна. Заключается в том, что получены решения новых двумерных задач теплопроводности и термоупругости для полупространства, которое содержит произвольно ориентированную краевую трещину.

Практическая значимость. Заключается в возможности более полного учета реального термоупругого состояния в элементах инженерных конструкций с трещинами, которые работают в условиях тепловых нагрузок (фрикционного теплообразования) в различных отраслях промышленности, в том числе и в горнорудной. Результаты конкретных значений КИН в вершине трещины в виде графиков могут быть полезными при разработке рациональных режимов работы элементов конструкций с точки зрения недопущения роста трещин.

References.

1. Sushko, O. P., 2013. Thermoelastic state of a body with two coplanar thermally active circular cracks. Journal of Mathematical Sciences, 190(5), pp. 725–739.

2. Choi, H. J., 2014. Thermoelastic interaction of two offset interfacial cracks in bonded dissimilar half-planes with a functionally graded interlayer. Acta Mechanica, 225(7), pp. 2111–2131.

3. Brock, L. M., 2016. Contours for planar cracks growing in three dimensions: Coupled thermoelastic solid (planar crack growth in 3D). Journal of Thermal Stresses, 39(3), pp. 345–359. DOI: 10.1080/01495739.2015.1125656.

4. Elfakhakhre, N. R. F., Nik long, N. M. A. and Eshkuvatov, Z. K., 2017. Stress intensity factor for multiple cracks in half plane elasticity. AIP Conference, 1795(1). DOI: 10.1063/1.4972154.

5. Rashidova, E. V. and Sobol, B. V., 2017. An equilibrium internal transverse crack in a composite elastic half-plane. Journal of Applied Mathematics and Mechanics, 81(3), pp. 236‒247. DOI:10.1016/j.jappmathmech.2017.08.016.

6. Chen, H., Wang, Q., Liu, G.R., Wang, Y. and Sun, J., 2016. Simulation of thermoelastic crack problems using singular edge-based smoothed finite element method. International Journal of Mechanical Sciences, 115–116, pp. 123‒134. DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2016.06.012.

7. Kit, G. S. and Ivas’ko, N. M., 2013. Plane deformation of a semi-infinite body with a heat-active crack perpendicular to its boundary. Teoret. I prikl. Mehanika, 53(7), pp. 30–37.

8. Zelenyak, V. M. and Kolyasa, L. I., 2016. Thermoelastic state of a half plane with curvilinear crack under the conditions of local heating. Materials Science, 52(3), pp. 315‒322.

9. Zelenyak, V. M., 2014. Investigation of the thermoelastic state of two-dimensional composite bodies with cracks. Materials Science, 50(1), pp. 14–19.

10. Havrysh, V. I., 2017. Investigation of temperature fields in a heat-sensitive layer with through inclusion. Materials Science, 52(4), pp. 514–521.

11. Havrysh, V. I., 2015. Nonlinear boundary-value problem of heat conduction for a layred plate with inclusion. Materials Science, 51(3), pp. 331–339.

12. Savruk, M.P. and Zelenyak, V.M., 2009. Two-dimensional problems of thermoelasticity for piecewise- homogeneous bodies with cracks (monograph). Lviv: Rastr-7 [pdf]. Available at: <http://www.irbis-nbuv.gov.ua/cgi-bin/irbis64r_81/cgiirbis_64.exe?I21DBN=VFEIR&P21DBN=VFEIR&Z21ID=&S21REF=10&S21CNR=20&S21STN=1&S21FMT=fullwebr&C21COM=S&2_S21P03=A=&2_S21STR=%D0%97%D0%95%D0%9B%D0%95%D0%9D%D0%AF%D0%9A%20%D0%92%2E%20%D0%9C%2E> [Accessed 14 May 2017].

 повний текст / full article



Посетители

2160283
Сегодня
За месяц
Всего
230
5079
2160283

Гостевая книга

Если у вас есть вопросы, пожелания или предложения, вы можете написать их в нашей «Гостевой книге»

Регистрационные данные

ISSN (print) 2071-2227,
ISSN (online) 2223-2362.
Журнал зарегистрирован в Министерстве юстиции Украины.
 Регистрационный номер КВ № 17742-6592ПР от 27.04.2011.

Контакты

49000, г. Днепропетровск,
пр. К. Маркса 19, корп. 3, к. 24а
Тел.: 47-45-24
e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Вы здесь: Главная Главная RusCat Архив журнала 2018 Содержание №4 2018 Геотехническая и горная механика, машиностроение Термоупругое состояние полупространства с краевой трещиной в условиях локального нагрева