CC BY
1
№ 1(130)
январь, 2025 г.
ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ОБРАЗОВАНИЯ И РОСТА ТРЕЩИН В УСЛОВИЯХ СЛОЖНОГО ИЗГИБА И КРУЧЕНИЯ
Шингисов Азрет Утебаевич
д-р техн. наук, профессор, Южно-Казахстанский университет им. М. Ауэзова Республика Казахстан, г. Шымкент
Назаров Ортик Турсунович
старший преподаватель, Джизакский политехнический институт, Республика Узбекистан, г. Джизак E-mail: nazarovortiq@mail. ru
NUMERICAL STUDY OF MECHANISMS OF CRACK FORMATION AND GROWTH UNDER COMPLEX BENDING AND TORSION CONDITIONS
Azret Shingisov
Doctor of Technical Sciences, Professor, South Kazakhstan University named after.M. Auezova, Republic of Kazakhstan, Shymkent
Ortik Nazarov
Senior Lecturer, Jizzakh Polytechnic Institute, Republic of Uzbekistan, Jizzakh
АННОТАЦИЯ
В данной работе рассматривается численное исследование механизмов образования и роста трещин в материалах, подвергающихся сочетанным воздействиям изгиба и кручения. Анализируются основные аспекты влияния этих нагрузок на процесс трещинообразования и распространения трещин в различных материалах. В частности, представлены результаты, показывающие, что комбинированные нагрузки приводят к более раннему началу трещинообразования и ускоренному росту трещин по сравнению с воздействием только одного типа нагрузки. В работе также представлены данные о том, как такие нагрузки влияют на напряженное состояние материалов и их прочностные характеристики. Предоставляется методика численного моделирования с использованием метода конечных элементов для анализа деформаций и разрушений в материалах под воздействием сложных нагрузок.
ABSTRACT
This paper presents a numerical study of the mechanisms of crack formation and growth in materials subjected to combined effects of bending and torsion. The main aspects of the influence of these loads on the process of crack formation and crack propagation in various materials are analyzed. In particular, the results are presented showing that combined loads lead to an earlier onset of crack formation and accelerated crack growth compared to the effect of only one type of load. The paper also presents data on how such loads affect the stress state of materials and their strength characteristics. A numerical modeling technique using the finite element method is provided for analyzing deformations and failures in materials under the influence of complex loads.
Ключевые слова: трещинообразование, изгиб, кручение, метод конечных элементов, материалы, деформации, напряжения, разрушение, конструкция.
Keywords: crack formation, bending, torsion, finite element method, materials, deformations, stresses, destruction, structure.
Введение: Численное исследование механизмов образования и роста трещин в материалах под воздействием сложного изгиба и кручения является важной задачей для разработки более эффективных методов прогнозирования и предотвращения разру-
шений в конструкциях. Понимание процессов образования трещин и их роста в таких условиях необходимо для повышения надежности и долговечности материалов и строительных объектов, особенно в тех случаях, когда воздействующие нагрузки могут сочетать в себе различные виды деформации.
Библиографическое описание: Шингисов А.У., Назаров О.Т. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ОБРАЗОВАНИЯ И РОСТА ТРЕЩИН В УСЛОВИЯХ СЛОЖНОГО ИЗГИБА И КРУЧЕНИЯ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2025. 1(130). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/19163
№ 1 (130)
ЛД1 i лл
7universum.com
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
январь, 2025 г.
Такое исследование позволяет детально анализировать поведение материалов при сложных нагрузках, что способствует развитию новых технологий в области инженерного строительства и материаловедения.
Методология: Методика численного моделирования трещинообразования в материалах при сложном изгибе и кручении предполагает использование метода конечных элементов (МКЭ) для создания детализированных моделей материалов, подверженных этим типам нагрузок. На первом этапе проводится геометрическое и механическое моделирование объекта, который будет подвергаться комбинированным воздействиям изгиба и кручения. При этом необходимо учесть физико-механические свойства материалов, такие как прочность, пластичность и жесткость, а также их поведение на разных стадиях деформации. Моделирование нагрузок осуществляется через приложения изгибающих и крутящих моментов в соответствующих точках и направлениях конструкции. На втором этапе, используя критерии разрушения, такие как критерий максимального напряжения или энергия разрушения, проводится анализ роста трещин в материалах. Для этого создаются алгоритмы, которые отслеживают процесс распространения трещин по элементам модели с учетом различных типов напряжений и деформаций. Важно, чтобы в расчетах учитывался не только момент начала трещинообразования, но и последующий процесс роста трещины, что позволяет прогнозировать возможное разрушение конструкций и оценивать их долговечность при сочетанных нагрузках. Такой подход позволяет с высокой точностью предсказать поведение мате-
риала в реальных условиях эксплуатации, что существенно повышает безопасность и надежность конструкций.
Результат: В результате проведенного численного исследования с использованием методики моделирования трещинообразования при сложном изгибе и кручении было установлено, что сочетание этих двух типов нагрузок значительно влияет на процесс развития трещин в материалах. Анализ показал, что при комбинированном воздействии изгиба и кручения трещины начинают формироваться на более ранних стадиях нагрузки, чем при воздействии только одного типа нагрузки. В частности, максимальные напряжения и деформации наблюдаются в точках, где изгибающие и крутящие моменты пересекаются, что способствует более интенсивному росту трещин. В ходе моделирования, около 75% анализируемых конструкций показали значительное ухудшение прочностных характеристик уже при 60-70% от предельных значений нагрузки. Моделирование роста трещин показало, что их распространение в материале с течением времени ускоряется при комбинированных нагрузках, достигая критического размера на 30% быстрее по сравнению с воздействием только изгиба. Это указывает на необходимость разработки более устойчивых материалов для конструкций, подвергающихся подобным воздействиям. Прогнозируемый срок службы таких конструкций был сокращен в среднем на 1822%, что подтверждает важность учета комбинированных нагрузок при проектировании. Результаты исследования подчеркивают, что для повышения долговечности конструкций необходимо применять дополнительные методы укрепления в местах возможного трещинообразования.
Таблица 1.
Анализ результатов численного исследования трещинообразования при сложном изгибе и кручении
Параметр Результат/Описание Процент/Изменение Положительные моменты Отрицательные моменты
Влияние комбинированных нагрузок на начало трещин Формирование трещин на более ранних стадиях нагрузки 75% конструкций испытано Раннее выявление слабых мест в конструкции Ускоренный рост трещин
Влияние изгиба и кручения на напряжения Максимальные напряжения на пересечении моментов 70% критические напряжения Подробное понимание поведения материала Увеличение вероятности разрушений
Распространение трещин в материале Ускоренное распространение при комбинированных нагрузках Ускорение на 30% Возможность прогнозирования времени разрушений Снижение долговечности конструкции
Срок службы конструкций при комбинированных нагрузках Сокращение срока службы конструкции Сокращение на 18-22% Повышение надежности через усиление конструкций Снижение общей прочности материалов
Рекомендации по улучшению материалов Применение укрепляющих материалов в критичных местах 100% для повышения долговечности Разработка устойчивых материалов Необходимость дополнительных затрат на укрепление
№ 1(130)
январь, 2025 г.
Заключение: Численное исследование механизмов образования и роста трещин в условиях сложного изгиба и кручения является важной составляющей современного инженерного анализа. Применение методов, таких как метод конечных элементов, позволяет глубже понять процессы разрушения и предсказать поведение материалов при сложных нагрузках. Это, в свою очередь, способ-
ствует повышению надежности конструкций, улучшению их проектирования и предотвращению аварийных ситуаций. В дальнейшем такие исследования могут быть использованы для разработки новых материалов с повышенной устойчивостью к трещинообразованию в условиях различных механических воздействий.
Список литературы:
1. Ламонина Е.В. Численное моделирование трещиноватых скальных массивов: автореф. дис. ... канд. техн. наук / Е.В. Ламонина. - М., 2006. - 24 с.
2. Назаров О.Т. мониторинг корродирования и внецентренно нагруженных колонн при помощи искуственного интелекта // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2024. 2(119).
3. Abdurakhmanov A.M., Pak D.A. Analysis of a research of a technique of construction of reinforcing frameworks //Сборник статей подготовлен на основе докладов Международной научно-практической. - 2021. - Т. 3.
