ЭФФЕКТЫ СТЕСНЕНИЯ ВО ВЗАИМОПЕРПЕНДИКУЛЯРНЫХ ПЛОСКОСТЯХ В. Н. Шлянников, А. М. Тартыгашева, Н. В. Бойченко Академэнерго КНЦ РАН, Казань, Россия Термин «эффект стеснения» в механике разрушения обычно трактуется как влияние характера нагружения и различных геометрических параметров образца на поля напряжений. Как следствие, считается, что вязкость разрушения материала становится зависимой от этих факторов и не является константой материала. Общая дискуссия по эффектам стеснения, однако, часто нуждается в более четком определении того, что подразумевается под стеснением. Более полным определением будет проявление эффектов стеснения в том, как конструкция или образец препятствуют образованию и развитию пластических деформаций, обусловленных различными физическими и геометрическими граничными условиями. В настоящее время уже не вызывает сомнений необходимость систематических исследований эффектов стеснения в общей трехмерной постановке для установления различий между проявлением стеснения во взаимоперпендикулярных плоскостях. Основной объем выполненных численных и аналитических исследований относится к проявлениям стеснения в одной плоскости. Вместе с тем всего несколько работ посвящено изменению стеснения пластических деформаций и коэффициента трехосности напряжений вдоль фронта трехмерной сквозной трещины. В литературе введены следующие определения условий стеснения: стеснение в одной плоскости (the in-plane constraint), которое непосредственно оказывает влияние на состояние и направление роста трещины посредством геометрии образца и схемы его нагружения; стеснение в нормальной к фронту прямолинейной сквозной трещины плоскости (the out-of-plane constraint), которое воздействует через размеры образца, параллельные фронту трещины, то есть через толщину образца. Для плоской (in-plane) конфигурации, состояние плоской деформации характеризуется высокой возможностью стеснения вдоль фронта трещины и вызывает высокий уровень трехосности напряжений, из-за чего реализация условий плоского напряженного состояния существенно ограничена. В трехмерном образце с трещиной стеснение в нормальной плоскости ограничено двумя предельными случаями. Уже достаточно давно установлено, что корректное описание трехмерных полей должно учитывать влияние свободной поверхности образца. Наиболее общей и удобной для исследования эффектов стеснения является постановка задачи об анализе НДС прямоугольной пластины конечной толщины, нагруженной произвольной системой номинальных напряжений. В ряде случаев удобно перейти от непосредственной геометрии пластины к круговой области, охватывающей вершину трещины с конечным радиусом кривизны или в виде математического разреза. Условия двухосного нагружения легко воспроизводятся через граничные перемещения на внешнем периметре выделенной круговой области, если этот контур расположен в упругой зоне пластины. Подобная технология известна в литературе как модифицированный метод граничного слоя. В данной работе численно в трехмерной постановке проведен анализ напряженнодеформированного состояния (НДС) круговой области, содержащей прямолинейную трещину. Форма рассматриваемой области представляет собой круг радиуса R 1 м, толщиной 2t 0.1 м, разрезанный вдоль оси OХ до центра. Начало декартовой системы координат и центр внешнего радиуса R круга совпадают. Ширина разреза – расстояние между поверхностями трещины, – составляет 2 0.002 м, причем центральная линия разреза совпадает с осью OХ. Исходя из условий симметрии формировалась круговая область с толщиной t 0.05 м. Конец разреза или вершина трещины смоделирована как полуокружность радиуса 0.001 м, центр которой совмещен с центром основной внешней окружности. В работе использована аддитивная декомпозиция суммарной деформации. Анализ проводился для материала, сочетающего свойства упругости, пластичности и ползучести, при различных вариантах двухосного нагружения, угла исходной ориентации трещины и времени выдержки под нагрузкой. Все расчеты проводились в условиях жесткого нагружения, которое характеризуется постоянством заданных граничных перемещений. В работе рассмотрено два угла ориентации трещины: 90 и 45 . Таким образом, было проанализировано поведение материала в условиях нормально отрыва и чистого сдвига в диапазоне вариантов нагружения от двухосного растяжения ( 1 ) до двухосного растяжения-сжатия ( 1 ). В ходе выполнения работы получены радиальные и угловые распределения компонент напряжений вдоль фронта трещины при двухосном нагружении. Представлена оценка влияния вида двухосного нагружения, времени ползучести на распределение компонент НДС в нелинейной области вершины трещины. Отмечено существенное отличие распределений напряжений по толщине пластины, которое сопровождается утонением в приповерхностных областях контура вершины трещины. В ходе анализа установлено, что основными стимулирующими стеснение факторами при нормальном отрыве являются вид двухосного нагружения и толщина пластины. Детальный анализ зон пластичности и ползучести собственно на контуре трещины с конечным радиусом кривизны вдоль толщины пластины позволяет установить, что наибольший градиент нелинейных деформаций возникает при чистом сдвиге; деформации ползучести имеют меньший градиент по толщине пластины, чем пластические деформации для ситуации чистого сдвига. Подобное поведение материала объясняется большей возможностью к перераспределению напряжений и деформаций при ползучести за счет достаточно длительного времени выдержки под нагрузкой. Специальное внимание уделено сравнительному анализу поведения параметров стеснения в трехмерном теле конечной толщины и в модельной задаче плоской деформации. В результате установлены закономерности и эффекты влияния вида нагружения на параметры стеснения и НДС с учетом толщины рассматриваемого объекта.