Леонид Юрьевич Соловьев, доцент кафедры «Мосты», заведующий отделом автоматизированных систем управления и проектирования СибНИИ мостов, кандидат технических наук
Новосибирск
Leonid Yu. Solovyov, Associate Professor of the Bridges Department, Head of the Automated Control Systems and Design Department of the Siberian Research Institute of Bridges, Candidate of Engineering
Novosibirsk
Роман Вячеславович Чернавин, преподаватель кафедры «Графика»
Новосибирск
Roman V. Chernavin, Lecturer of the Graphics Department
Novosibirsk
В работе рассмотрен подход к определению коэффициента интенсивности напряжений (КИН) в вершине усталостной трещины на базе принципов термодинамики. В основе предложенного под- хода лежит модель Вестергаарда: изменение величины КИН ΔKI за цикл наблюдений (например, за время прохождения поезда по мосту) определяется по данным о напряженном состоянии вокруг вершины трещины. Такие данные получают методом инфракрасной термографии с использованием зависимости Кельвина между изменением суммы главных напряжений и изменением температуры поверхности вблизи вершины трещины. При этом знания длины трещины для вычисления КИН не требуется.
В работе представлены результаты экспериментальных исследований развития усталостной трещины на образце, который имитирует работу участка стенки балки металлического пролетного строения, подкрепленной ребром жесткости с вырезом у вершины сварного шва. Для таких участков характерно развитие усталостных трещин типа Т-9, Т-10.
В статье рассмотрены условия применения метода инфракрасной термографии для определения поля напряжений вокруг вершины трещины, определены границы области выбора напряжений для вычисления КИН, а также требования к улучшению отношения сигнал/шум при использовании термографии.
Результаты исследования представлены в виде сопоставления значений КИН для экспериментального образца при различной длине усталостной трещины, рассчитанных известным методом линейной механики разрушения и разработанным на основе термодинамического подхода методом, показано хорошее их совпадение.
The paper considers an approach to determining the stress intensity factor (SIF) in the fatigue crack tip based on the principles of thermodynamics. The proposed approach is based on the Vestergaard model – the change in the SIF ΔKI value per observation cycle (e.g., during the time a train passes over a bridge) is determined from the data on the stress state around the crack tip. Such data are obtained by infrared thermography using the Kelvin relationship between the change in the sum of principal stresses and the change in surface temperature near the crack tip. Knowledge of the crack length is not required to calculate the SIF.
The paper presents the results of experimental studies of fatigue crack development on a specimen simulating the operation of a section of a beam wall of a metallic span structure supported by a stiffener with a notch at the top of the weld. Such sections are characterized by the development of fatigue cracks of T-9 and T-10 types.
The paper discusses the conditions of application of infrared thermography method for determining the stress field around the crack tip, defined the boundaries of the stress selection area for calculating the SIF, as well as the requirements for improving the signal-to-noise ratio when using thermography.
The results of the study are presented in the form of comparison of SIF values for experimental specimen at different length of fatigue crack, calculated by the known method of linear fracture mechanics and the developed method based on thermodynamic approach, their good coincidence is shown.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.