Аннотации:
Работа посвящена методике моделирования разрушения магистральных трубопроводов. Применение современных вязких трубных сталей не решает полностью проблему хрупкого разрушения этих конструкций, поскольку стремление увеличить толщину стенки и рабочее давление, а также необходимость использовать трубы в холодном климате сдвигают разрушение в сторону хрупкого – но, естественно, не делают его полностью хрупким и требуют применения подходов нелинейной механики разрушения. Моделирование разрушения – при образовании длинных магистральных трещин –должно учитывать силы инерции частей трубы, приходящих в движение при раскрытии трещины, а также возможность падения давления в трубе при потере ею герметичности. Эти особенности задачи могут быть смоделированы в конечно-элементном пакете LS-DYNA. Однако LS-DYNA предлагает ограниченный набор критериев разрушения, в который не
входят классические критерии нелинейной механики разрушения. Задачей работы является подбор критерия, реализованного в программе LS-DYNA и в то же время достаточно хорошо согласующегося с экспериментальными данными. В качестве такого критерия рассмотрен ресурс пластичности при условии, что пластическая деформация перед вершиной трещины вычисляется с помощью процедуры взвешенного усреднения по некоторому представительному объему, исключающей влияние размеров конечных элементов на результат. Подобраны параметры весовой функции, при которых нагрузка начала движения трещины, определяемая с помощью модели вязкого материала, совпадает с нагрузкой, определяемой через параметры нелинейной механикиразрушения. Показано, что задача подбора параметров является плохоопределенной. Тем не менее найденные значения параметров в дальнейшем позволят выполнить расчет динамического распространения длинных продольных трещин в трубах с учетом эффектов,
рассматриваемых программой LS-DYNA – сил инерции материала стенок трубы, скорости распространения волны возмущения в газе или жидкости, заполняющих трубу, декомпрессии.The work is devoted to the simulation of pipeline’s fracture. Application of modern viscous pipe steels does not completely solve the problem of brittle fracture of these structures, because the desire to increase the thickness of the wall and the operating pressure and the need to use a pipe in a cold climate shifts the fracture mode toward brittle – but, of course, does not make it completely brittle and require the application of nonlinear fracture mechanics. Simulation of the fracture by formation of large longitudial cracks should take into account the inertial forces of the pipe material coming into motion at crack propagation, and the possibility
of a pressure drop in the pipe at the loss of its impermeability. These features of the problem can be modeled using finite element package LS-DYNA. However, LS-DYNA offers a limited set of a fracture criteria, which does not include the classic criteria of nonlinear fracture mechanics. The aim of the work is the selection of a criteria that is implemented in the LS-DYNA program and at the same time is in good agreement with the experimental data. As such a criterion equivalent plastic strain is considered – with the proviso that the plastic deformation near the crack tip is calculated using a weighted averaging procedure on some representative volume to exclude effect of the finite element sizes on results. Parameters of the weighting function are selected to ensure that the loads corresponding to the beginning of the crack growth are the same for the model of viscous fracture and for the nonlinear fracture mechanics. It is shown
that the problem of parameter selection is ill-conditioned. However, the obtained values of parameters will subsequently allow to perform the dynamic calculation of longitudial crack propagation in pipes taking into consideration the effects treated by the LS-DYNA code – inertia forces of the material of the pipe wall, velocity of the perturbation wave in the gas or liquid filling the pipe and decompression.
Описание:
Албагдади Бара Мохсен Хоссеин, аспирант кафедры прикладной механики, динамики и прочности машин, Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск; преподаватель,
Технологический университет, г. Багдад, Ирак, baraa.albaghdadi@gmail.com.
Чернявский Александр Олегович, доктор технических наук, прикладной механики, динамики и прочности машин, Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск, a.o.cher@mail.ru.
B.M.H. Albaghdadi1,2, baraa.albaghdadi@gmail.com,
A.O. Cherniavsky1, a.o.cher@mail.ru
1South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation,
2University of Technology, Baghdad, Iraq