Экспериментальное исследование концентрации напряжений в окрестностях вершин V-образных трещин разной глубины при их заполнении различными материалами
DOI:
https://doi.org/10.17072/1993-0550-2023-4-80-88Ключевые слова:
сингулярность напряжений, концентрация напряжений, замкнутый составной клин, V-образный надрезАннотация
Одним из вариантов устранения концентрации напряжений в окрестности вершин поверхностных трещин (V-образных надрезов) является заполнение полости трещин материалом. Эффективность данного варианта зависит от угла раскрытия трещин, свойств материала с трещиной и заполняющего материала, адгезионной прочности между основным и заполняющим материалами. При рассмотрении задачи о трещине с заполняющим материалом в рамках теории упругости, решения содержат сингулярное поведение напряжений в окрестностях вершин трещин. Из анализа полученных решений следует, что при определенной комбинации углов V-образных надрезов и свойств материалов отсутствуют сингулярные решения, что является наиболее оптимальным вариантом для устранения концентрации напряжений. Кроме этого, показано, что при наличии сингулярных решений уровень концентрации напряжений зависит от характера сингулярности напряжений. Вместе с тем эти результаты, как правило, имеют качественный характер. В настоящей работе, опираясь на теоретические результаты, приводятся экспериментальные результаты, дающие количественное представление об уровне концентрации напряжений в образцах с V-образным надрезом, заполненным материалом, при разных глубинах и углах надрезов и различных механических характеристиках заполняющих материалов.Библиографические ссылки
Чобанян К.С. Напряжения в составных упругих телах. Ереван: Изд-во АН АрмССР, 1987. 338 с.
Wu Z. Design free of stress singularities for bi-material components // Compos. Struct. 2004. Vol. 65, № 3–4. P. 339–345.
Xu L. R., Kuai H., Sengupta S. Dissimilar material joints with and without free-edge stress singularities: Part I. A biologically inspired design // Exp. Mech. 2004. Vol. 44, № 6. P. 608–615.
Xu L.R., Sengupta S. Dissimilar material joints with and without free-edge stress singularities: Part II. An integrated numerical analysis // Exp. Mech. 2004. Vol. 44, No. 6. P. 616–621.
Wang P., Xu L.R. Convex interfacial joints with least stress singularities in dissimilar materials // Mech. Mater. 2006. Vol. 38, № 11. P. 1001–1011.
Baladi A., Arezoodar A.F. Dissimilar materials joint and effect of angle junction on stress distribution at interface // International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronic and Manufacturing Engineering. 2011. Vol. 5, № 7. P. 1184–1187.
Борзенков С.М., Матвеенко В.П. Оптимизация упругих тел в окрестности особых точек // Изв. РАН. МТТ. 1996. № 2. С. 93–100.
Матвеенко В.П., Федоров А.Ю. Оптимизация геометрии составных упругих тел как основа совершенствования методик испытаний на прочность клеевых соединений // Вычислительная механика сплошных сред. 2011. Т. 4, № 4. С. 63–70.
Fedorov A.Yu., Matveenko V.P. Optimization of geometry and mechanical characteristics of elastic bodies in the vicinity of singular points // Acta Mech. 2018. Vol. 229, № 2. P. 645–658.
Fedorov A.Yu., Matveenko V.P. Designing of in-terlayers between materials with minimum stress level at the interface // Int. J. Adhes. Adhes. 2021. Vol. 111. P. 102963.
Bogy D.B. Edge-bonded dissimilar orthogonal elastic wedges under normal and shear loading // J. Appl. Mech. 1968. Vol. 35, № 3. P. 460–466.
Dempsey J.P., Sinclair G.B. On the singular behavior at the vertex of a bi-material wedge // Journal of Elasticity. 1981. Vol. 11, № 3. P. 317–327.
Paggi M., Carpinteri A. On the stress singularities at multimaterial interfaces and related analogies with fluid dynamics and diffusion // Appl. Mech. Rev. 2008. Vol. 61, № 2. P. 020801.
Sinclair G.B. Stress singularities in classical elasticity – II: Asymptotic identification. Appl. Mech. Rev. 2004. Vol. 57, № 5. P. 385–439.
Bogy D.B., Wang K.C. Stress singularities at interface corners in bonded dissimilar isotropic elastic materials // Int. J. Solids Struct. 1971. Vol. 7, № 8. P. 993–1005.
Chen D.H., Nisitani H. Singular stress field near the corner of jointed dissimilar materials // J. Appl. Mech. 1993. Vol. 60, № 9. P. 607–611.
Fedorov A.Yu., Matveenko V.P. Numerical and applied results of the analysis of singular solutions for a closed wedge consisting of two dissimilar materials // Acta Mech. 2020. Vol. 231, № 7. P. 2711–2721.
Fedorov A., Galkina E. Experimental study of the effectiveness of stress reduction near V-shaped notch filled with a certain material // Procedia Structural Integrity. 2023. Vol. 50. P. 83–90.
Williams M.L. Stress singularities resulting from various boundary conditions in angular corners of plates in extension // J. Appl. Mech. 1952. Vol. 19, № 4. P. 526–528.
Dundurs J. Discussion: "Edge-bonded dissimilar orthogonal elastic wedges under normal and shear loading" (Bogy, D. B., 1968, ASME J. Appl. Mech., 35, pp. 460–466) // J. Appl. Mech. 1969. Vol. 36, № 3. P. 650–652.
Матвеенко В.П., Севодин М.А., Севодина Н.В. Приложения метода Мюллера и принципа аргумента к задачам на собственные значения в механике деформируемого твердого тела // Вычислительная механика сплошных сред. 2014. Т. 7, № 3. С. 331–336.
Slobodinyuk D., Slobodinyuk A., Strelnikov V., Kiselkov D. Simple and efficient synthesis of oligoetherdiamines: hardeners of epoxyurethane oligomers for obtaining coatings with shape memory effect // Polymers. 2023. Vol. 15, № 11. P. 2450.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2023 Андрей Юрьевич Фёдоров, Елизавета Борисовна Галкина, Алексей Игоревич Слободинюк
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Публикация статьи в журнале осуществляется на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).
