Использование накопленной энергии деформирования при численном моделировании разрушения конструкций из стали

В данной работе предложена модель баланса энергии в неупруго деформируемом металле. Ее отличительной чертой является учет структурных изменений в материале при помощи введения тензорного параметра плотности дефектов, совпадающего по смыслу с деформацией, обусловленной дефектами. Введение такого параметра позволило авторам работы предложить способ расчета величины накопленной энергии и сформулировать на ее основе критерий разрушения. Рассмотрены два способа вывода определяющих соотношений, позволяющих рассчитывать эволюцию пластической и структурной деформации. Первый способ основан на применении принципов линейной неравновесной термодинамики, второй способ представляет собой аналог теории пластического течения. Предложенная модель позволяет не только описывать напряженно-деформированное состояние, но и открывает возможности для использования энергетических критериев разрушения. На основе анализа экспериментальных исследований процесса накопления скрытой энергии деформирования в металлах предполагается, что разрушение в материале происходит при достижении накопленной энергией некоторого критического значения. Применение этого подхода к описанию разрушения проиллюстрировано на двух примерах. Первый пример посвящен моделированию распространения трещины при циклическом кручении трех цилиндрических образцов с трещинами, ориентированными к оси цилиндра под разными углами, второй пример описывает процессы зарождения и распространение трещины в опоре подшипника. При решении этих задач использовался расширенный метод конечных элементов. Полученные результаты согласуются с ранее опубликованными результатами.