Fastran - Fastran

Fastran это компьютерная программа для расчета скорости усталость рост трещины за счет комбинирования уравнения роста трещины и моделирование пластичности в вершине трещины.

Fastran моделирует ускорение и замедление, а также другие эффекты нагрузки переменной амплитуды при росте трещины, используя закрытие трещины модель. Программа использует модель выхода полосы кончика трещины, который впервые был предложен Д. С. Дагдейлом для расчета размера пластической зоны перед вершиной трещины. Серия эластичный-идеально пластиковый полосы (первоначально использовалось 30 полос), которые моделируют область как впереди, так и позади вершины трещины, используются для отслеживания пластичности, создаваемой на вершине трещины.^[1] По мере роста трещины полосы разрезаются и оставляют область приподнятого пластичного материала в следе трещины, которая препятствует полному закрытию трещины. Этот профиль трещины используется для расчета коэффициент интенсивности напряжений уровень ${ displaystyle K _ { text {op}}}$ при котором вершина трещины полностью открыта. Тогда диапазон эффективного коэффициента интенсивности напряжений равен

${ displaystyle Delta K _ { text {eff}} = K _ { text {max}} - { text {max}} (K _ { text {op}}, K _ { text {min}})}$

что позволяет получить скорость роста для цикла нагружения из уравнения роста трещины. Затем скорость роста трещины рассчитывается из

${ displaystyle {da over dN} = f ( Delta K _ { text {eff}})}$

История

Fastran был написан в 1980-х годах Джеймс С. Ньюман в то время как в НАСА и является аббревиатурой, производной от НАСА СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ РОСТА УСТАЛОСТНОЙ ТРЕЩИНЫ.^[2] Замыкание трещины впервые наблюдалось Вольфом Эльбером как расклинивание вершины трещины, приводящее к уменьшению полного диапазона интенсивности напряжений или движущей силы вершины трещины.^[3] Предполагалось, что это произошло из-за пластичности вершины трещины, препятствующей полному закрытию поверхностей излома.

Аналогичная программа CORPUS примерно в то же время был разработан А. У. де Конингом.^[4]

ФАСТРАН написан в Фортран язык программирования.

Функции

Факторы геометрии

Фактор геометрии ${ displaystyle beta}$ связывает напряжения в дальней зоне с областью вблизи вершины трещины. Многие стандартные геометрические факторы включены в программу. Эти масштабные коэффициенты позволяют рассчитать коэффициент интенсивности напряжений из применяемой последовательности нагружения, используя

${ Displaystyle К = бета сигма { sqrt { pi a}}}$

куда ${ displaystyle sigma}$ приложенное напряжение в дальней зоне и ${ displaystyle a}$ - длина трещины.

Последовательность нагружения представлена ​​в виде файла последовательных точек поворота, которые представляют последовательность нагружения. Это в сочетании с коэффициентом нагрузки используется для обеспечения напряжения в дальней зоне данной геометрии. Последовательность нагружения преобразуется в серию отдельных циклов нагружения с помощью метода, известного как дождь на лету который является модифицированной формой стандарта алгоритм подсчета дождевых потоков.

Модель закрытия также использовалась для объяснения увеличения скорости роста небольших трещин, известных как эффект небольшой трещины.

Уравнения роста трещин

Fastran имеет множество встроенных уравнений роста трещин, а также кусочно-линейные уравнения, которые можно прочитать из файла.

Теория

Эта модель позволяет рассчитать соотношение напряжений ${ displaystyle R}$ или же средний стрессовый эффект что приводит к увеличению скорости роста трещин при более высоких отношениях напряжений.^[5] Эксперименты показали, что трещина обычно открывается на ${ displaystyle R> 0,7}$. Кроме того, модель может прогнозировать замедление из-за перегрузок, которые увеличивают пластический материал вслед за трещиной. Это также объясняет ускорение из-за недогрузок, когда скорость роста трещины увеличивается после недогрузки, которая сжимает грани трещины вместе и снижает степень снижения интерференции. ${ displaystyle K _ { text {op}}}$.

Начало пластичности дается напряжение течения значение которого обычно находится посередине между пределом текучести и предельным напряжением. Параметр масштабирования напряжения течения ${ displaystyle alpha}$ используется для регулирования напряжения течения в соответствии со степенью сдерживания, испытываемой на вершине трещины. Это значение отражает напряженное состояние в вершине трещины и обычно находится в диапазоне от ${ displaystyle pi}$ за плоское напряжение и ${ displaystyle 2 pi}$ за плоская деформация. Параметр также используется в качестве регулирующей переменной для корректировки скорости трещин в соответствии с данными испытаний.

Ограничения

Пластичность будет выше в областях плоского напряжения, но Fastran моделирует трещину только как двумерное поперечное сечение.

использование

Fastran использовался в исследовательском сообществе и для поддержания безопасной жизни самолетов в качестве С-130 используется ВВС США, ВВС США и РАФ. Если образует компонент программы роста трещин Насгро.^[6]

Рекомендации