Известия РАН. Механика твердого тела, 2020, № 5, стр. 87-94

О ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ ДИСКРЕТНОСТИ, КАК ПРИНЦИПИАЛЬНОМ СВОЙСТВЕ ПРОЦЕССА ДИНАМИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ

Н. А. Казаринов ab*, Ю. В. Петров ab**, А. В. Черкасов a***

a Санкт-Петербургский государственный университет
Санкт-Петербург, Россия

b Институт проблем машиноведения РАН
Санкт-Петербург, Россия

* E-mail: n.kazarinov@spbu.ru
** E-mail: y.v.petrov@spbu.ru
*** E-mail: andrejch96@gmail.com

Поступила в редакцию 03.02.2020
После доработки 11.03.2020
Принята к публикации 04.04.2020

Аннотация

В статье рассматриваются вопросы динамического распространения трещин в хрупких материалах при различных воздействиях. Изучается распространение трещин при квазистатическом нагружении, а также при ударно-импульсном способе приложения нагрузки. Особое внимание уделяется зависимостям, характеризующим продвижение трещины и имеющим нестационарный характер. Так, для случая распространения трещины при квазистатическом нагружении исследуется вопрос осцилляций скорости продвижения трещины. Также рассматривается вопрос, связанный с наблюдаемым в ряде экспериментов разбросом значений коэффициента интенсивности напряжений при движении трещины под воздействием высокоскоростного воздействия. Исследования проводились на основе метода конечных элементов с внедренным в схему расчетов структурно-временным критерием разрыва среды, принципиально определяющим дискретный механизм реализации процесса разрушения на заданном масштабном уровне. Проводилось как количественное, так и качественное сравнение результатов расчётов с имеющимися экспериментальными данными. Показано, что учет пространственно-временной дискретности процесса позволяет предсказать и объяснить ряд экспериментально наблюдаемых эффектов, которые не укладываются в традиционные теоретические представления о динамическом разрушении.

Ключевые слова: динамическое разрушение, инкубационное время, скорость трещины, коэффициент интенсивности

DOI: 10.31857/S0572329920050098

Список литературы

  1. Rosakis A.J., Ravichandran G. Dynamic failure mechanics // J. Mech. Mater. Struct. 2000. № 37. C. 331–348. https://doi.org/10.1016/S0020-7683(99)00097-9

  2. Ravi-Chandar K., Knauss W.G. An experimental investigation into dynamic fracture: I. Crack initiation and arrest // Int. J. Fract. 1984. № 25. C. 247–262. https://doi.org/10.1007/BF00963460

  3. Ravi-Chandar K., Knauss W.G. An experimental investigation into dynamic fracture: II. Microstructural aspects // Int. J. Fract. 1984 № 26. C. 65–80. https://doi.org/10.1007/BF01152313

  4. Ravi-Chandar K., Knauss W.G. An experimental investigation into dynamic fracture: III. On steady state crack propagation and crack brunching // Int. J. Fract. 1984. № 26. C. 141–154. https://doi.org/10.1007/BF01157550

  5. Kalthoff J.F. On some current problems in Experimental Fracture dynamics // Workshop on dynamic fracture. California Institute of Technology. 1983. C. 11–25.

  6. Homma H., Shockey D.A., Murayama Y. Response of cracks in structural materials to short pulse loads // J. Mech. Phys. Solids. 1983. № 31(3). C. 261–279. https://doi.org/10.1016/0022-5096(83)90026-1

  7. Xu X., Needleman A. Numerical simulations of dynamic crack growth along an interface // Int. J. Fract. 1995. № 74. C. 289–324.

  8. Nikiforovskii V.S. Kinetic nature of the brittle fracture of solid bodies // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 1976. № 17(5). C. 721–726. https://doi.org/10.1007/BF00864168

  9. Petrov Y.V., Utkin A.A. Dependence of the dynamic strength on loading rate // Soviet Materials Science. 1989. № 25(2). C. 153–156. https://doi.org/10.1007/BF00780499

  10. Petrov Y.V. On “quantum” nature of dynamic failure of brittle media // Dokl. Akad. Nauk SSSR. 1991. № 321(1). C. 66–68.

  11. Petrov Y.V., Sitnikova E.V. Dynamic cracking resistance of structural materials predicted from impact fracture of an aircraft alloy // Technical Physics. 2004. № 49. C. 57–60. https://link.springer.com/article/10.1134/1.1642679#citeas

  12. Petrov Y.V., Karihaloo B.L., Bratov V.V., Bragov A.M. Multi-scale dynamic fracture model for quasi-brittle materials // International Journal of Engineering Science. 2009. № 61. C. 3–9. https://doi.org/10.1016/j.ijengsci.2012.06.004

  13. Petrov Y.V., Morozov V.A., Smirnov I.V., Lukin A.A. Electrical breakdown of a dielectric on the voltage pulse trailing edge: Investigation in terms of the incubation time concept // Technical Physics. 2015. № 60(12). C. 1733–1737.

  14. Volkov G.A., Petrov Y.V., Gruzdkov A.A. Liquid–Vapor Phase Equilibrium Conditions in an Ultrasonic Field // Doklady Physics. 2015. № 60(5). C. 229–231.

  15. Fineberg J., Gross S.P., Marder M., Swinney H.L. Instability in the propagation of fast cracks // Physical Review B. 1992. № 45(10). C. 5146–5154. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.45.5146

  16. Smirnov I., Kazarinov N., Petrov Y. Experimental observation and numerical modelling of unstable behaviour of a fast crack velocity // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. 2019. № 101. C. 53–58. https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2019.02.006

Дополнительные материалы отсутствуют.