Исследование влияние Gc на распространение трещины в стеклах Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Исследование влияние Gc на распространение трещины в стеклах

И.А. Магомедов, Х. А.Мурзаев, У. Р.Тахаев Чеченский государственный университет, г. Грозный

Аннотация: Данная статья проанализирует влияние Gc (Скорость высвобождения энергии деформации) на распространение трещин в стеклах с разными свойствами материала. Анализ проиллюстрировал, что с уменьшением Gc длина трещины будет возрастать а при большей приложенной силой эффект Gc на распространение трещины в структуре уменьшается

Ключевые слова: механики разрушения, быстрый разлом, Gc, распространение трещин, Code_Aster, Solome Meca

Динамический разрыв можно описать как ветвь механики разрушения, которая связана с явлениями разрушения в масштабе времени, для которого важно инерционное сопротивление материала к движению. Первостепенное внимание уделяется начальной и конечной стадиям распространения трещины, которые проистекают из-за несовершенства материала. Это приводит к концентрации напряжения в области дефекта. Было замечено, что инерция материала может иметь огромное влияние на разрыв в нем. Это означает, что в статическом анализе кинетическая энергия внутри системы и ее воздействие на внутреннюю энергию являются незначительными, при том условии, что трещина будет распространяться или расти устойчивым образом. Следовательно, при динамическом анализе отраженные волны напряжения, инерция материала и поведение материала, зависящее от скорости, становятся существенными переменными в уравнении с телом, которое подвержено нагрузке, зависящей от времени. В этом случае разрушение происходит очень быстро, что не дает времени для формирования пластичной деформации. Поэтому энергия выделяется за короткий промежуток времени, что приводит к быстрому росту трещины.

:

Результаты

Далее следующем параграфе будет рассмотрено влияние Ос на инициирование или распространение трещины. Следующие граничные условия (сила) были применены к двум структурам (материал 1 и 2), как показано на рисунке 1. Силы были добавлены на ребра ОМ14 и ОМ15. Добавление сил в конце структуры обусловлено, тем что структура становится более устойчивой к быстрому перелому.

Рис. 1. - Граничные условия На рисунке 2 показаны три этапа в течение выбранного времени с Ос равным 6.216 (исходный). Значения силы 9 и 5 Н использовались для последующего анализа с разным Ос. В таблице 1 ниже приведены значения распространения трещины для разных Ос с двумя силами и для лучшей визуализации рисунок 3.

Рис. 2. - Три этапа раскрытия трещины с Ос равной 6.216

Таблица № 1

Длина трещины для разных Ос с приложенной силой 9-5 Н

Ос Сила(Н) Длина трещины (мм) Разница между сдвиговым и * 6 дилатационным волной (с 10 )

1.2160 26.80 9

3.2160 9 26.60 9

6.2160 26.30 9

16.2160 25.40 9

1.2160 16.40 9

3.2160 5 15.90 9

6.2160 15.00 9

16.2160 14.20 9

Рис. 3. - Длина трещины vs Ос

Волны сдвига и дилатации представлены на рисунке 4. Для разных Ос сдвиговые и дилатационные волны будут одинаковыми, но разные для разных свойств и размеров материала. Это связано с тем, что скорости волн в геометрии связаны с плотностью материала (вязкость), поэтому они будут одинаковы. Значения времени на пиках составляют 0,0001599 и 0,0001509 для волн сдвига и дилатации соответственно.

Рис. 4. - Сдвиговые и дилатационные волны Обсуждение

Результаты показали, что Gc влияет на распространение трещины в структуре. Наблюдая таблицу 1, ясно, что за счет уменьшения Gc длина трещины будет возрастать. Было также отмечено, что с большей приложенной силой эффект Gc на распространение трещины в структуре уменьшается. Например, при силе 9 Н наблюдалось увеличение длины трещины на 0,2-0,5 мм. Однако, когда сила была изменена на 5 Н, увеличение было заметно больше около 1-1,2 мм (рисунок 3). Результаты также показали, что Gc не влияет на волну сдвига и дилатации, из-за скорости волны в геометрии, которые связаны с вязкостью. Наблюдая результаты, можно сказать, что, увеличивая силу, разница между волнами и дилатационными волнами будет уменьшаться.

Литература

1. Broberg KB. Cracks and Fracture. San Diego, CA: Academic Press; 1999. p.

752

2. Elices, M., Guinea, G., Gómez, J. and Planas, J. The cohesive zone model: advantages, limitations and challenges. Engineering Fracture Mechanics. 2002 69(2), pp.137-163

3. Corning.com. Corning and Gorilla material properties. 2018. URL: corning.com/microsites/csm/gorillaglass/PI_Sheets/Corning

4. Yavari, A. and Khezrzadeh, H. Estimating terminal velocity of rough cracks in the framework of discrete fractal fracture mechanics. Engineering Fracture Mechanics. 2010. 77(10), pp.1516-1526.

5. Яковлев М. Я. Янгирова А. В. Метод и результаты численной оценки эффективных механических свойств резинокордных композитов для случая двухслойного материала. Инженерный вестник Дона. 2013. №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1639

6. Roberts, D.K. and Wells, A.A., "The Velocity of Brittle Fracture." Engineering, Vol. 178, 1954, pp. 820-821.

7. Magomedov I. A. Mezhieva A.I. Suleymanova M.A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus). 2018. №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2018/5334

8. Jiang H. Cohesive zone model for carbon nanotube adhesive simulation and fracture/fatigue crack growth. The University of Akron. 2010, pp.129

9. Li, J., Huang, Q. and Ren, X. (2013). Dynamic Initiation and Propagation of Multiple Cracks in Brittle Materials. Materials, 6(8), pp.3241-3253

10. Charles Crump, T. Modelling The Dynamic Fracture Of Graphite 2015. p.3

References

1. Broberg KB. Cracks and Fracture. San Diego, CA: Academic Press; 1999. p.

752

2. Elices, M., Guinea, G., Gomez, J. and Planas, J. The cohesive zone model: advantages, limitations and challenges. Engineering Fracture Mechanics. 2002 69(2), pp.137-163

3. Corning.com. Corning and Gorilla material properties. 2018. URL: corning.com/microsites/csm/gorillaglass/PI_Sheets/Corning

4. Yavari, A. and Khezrzadeh, H. Estimating terminal velocity of rough cracks in the framework of discrete fractal fracture mechanics. Engineering Fracture Mechanics. 2010. 77(10), pp.1516-1526.

5. Yakovlev M. Y. Yakovleva M. Y. Inzenernyj vestnik Dona (Rus). 2012. №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1639

6. Roberts, D.K. and Wells, A.A., "The Velocity of Brittle Fracture." Engineering, Vol. 178, 1954, pp. 820-821.

7. Magomedov I. A. Mezhieva A.I. Suleymanova M.A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus). 2018. №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2018/5334

8. Jiang H. Cohesive zone model for carbon nanotube adhesive simulation and fracture/fatigue crack growth. The University of Akron. 2010, pp.129

9. Li, J., Huang, Q. and Ren, X. (2013). Dynamic Initiation and Propagation of Multiple Cracks in Brittle Materials. Materials, 6(8), pp.3241-3253

10. Charles Crump, T. Modelling The Dynamic Fracture Of Graphite 2015. p.3