539.375

поверхнева півеліптична тріщина
метод скінчених елементів
коефіцієнт інтенсивності напружень
конструктивний концентратор напружень
semielliptical surface crack
finite element method
stress intensity factor
structural stress concentrators

Проблемними питаннями при оцінюванні живучості конструкції з поверхневими тріщинами є складності обчислення коефіцієнтів інтенсивності напружень (КІН) для тріщин, які розвиваються у зонах концентраторів напружень. Ці труднощі пов’язані з особливостями зміни форми контуру поверхневої тріщини в процесі циклічного навантаження, який залежить від рівня неоднорідності напружено-деформованого стану в області концентраторів. Проведено аналіз існуючих методів визначення коефіцієнтів інтенсивності напружень у зонах концентраторів: методу вагових функцій, чисельного і гібридного методів. Моделювання зварних з’єднань різних типів з тріщинами проводили у рамках представленої моделі як геометричного фактора – підсилення зварного шва, що дозволило методом скінчених елементів оцінити особливості впливу концентратора напружень на зміну КІН по контуру поверхневої тріщини. При цьому розглянуто особливості побудови сітки скінчених елементів, вплив розмірів сітки на отримані розрахункові значення КІН, порівняння отриманих результатів з відомими рішеннями. При циклічних випробуваннях розтягом отримано кінетику форми втомних поверхневих півеліптичних тріщин у зонах досліджуваних концентраторів напружень та, для порівняння, в однорідному полі напружень. Проаналізовано отримані форми тріщин з результатами модельних досліджень.
In the given article the analysis of stress intensity factors (SIF) for semielliptical surface cracks in low-alloy steel using the finite element method was conducted. The results of the distribution of stress intensity factors along the front of the semielliptical surface cracks in the zones of structural stress concentrators are obtained.

1. Махненко, В.И. Ресурс безопасной эксплуатации сварных соединений и узлов современных конструкций [Текст] / В.И. Махненко. – К.: Наук. думка, 2006. – 620 с.
2. Панасюк, В.В. Механика квазихрупкого разрушения материалов [Текст] / В.В. Панасюк. – К.: Наук. думка, 1991. – 416 с.
3. Carpinter, A., Ronchei C., Vantadori, S. Stress intensity factors and fatigue growth of surface cracks in notched shells and round bars: Two decades of research work. Fatigue Frac. Eng. Mater. Struct. 2013, 36, pp. 1164 – 1177.
4. Peng Y., Wu C.; Zheng Y., Dong J. Improved Formula for the Stress Intensity Factor of Semi-Elliptical Surface Cracks in Welded Joints under Bending Stress. Materials 2017, 10, 166 p.
5. Niu X., Glinka, G. Stress-intensity factors for semi-elliptical surface cracks in welded joints. Int. J. Fract. 1989, 40, pp. 255 – 270.
6. Wang X., Lambert S. Weight functions and stress intensity factors for semi-elliptical cracks in T-plate welded joints. Fatigue Frac. Eng. Mater. Struct. 1998, 21, pp. 99 – 117.
7. Carpinteri A., Ronchei C., Scorza D., Vantadori S. Fracture mechanics based approach to fatigue analysis of welded joints. Eng. Fail. Anal. 2015, 49, pp. 67 – 78.
8. Leander J., Aygül M., Norlin B. Refined fatigue assessment of joints with welded in-plane attachments by LEFM. Int. J. Fatigue 2013, 56, pp. 25 – 32.
9. Tanaka S., Kawahara T., Okada H. Study on crack propagation simulation of surface crack in welded joint structure. Mar. Struct. 2014, 39, pp. 315 – 334.
10. Xiao Z.G., Chen T., Zhao X.L. Fatigue strength evaluation of transverse fillet welded joints subjected to bending loads. Int. J. Fatigue 2012, 38, pp. 57 – 64.
11.Chen T., Xiao Z.G., Zhao X.L., Gu X.L. A boundary element analysis of fatigue crack growth for welded connections under bending. Eng. Fract. Mech. 2013, 98, pp. 44 – 51.
12. Almar-Naess A. Fatigue Handbook Offshore Steel Structures; Tapir Publishers: Flatasen, Norway, 1985.
13. Atluri S.N. (ed.) Computational Methods in the Mechanics of Fracture – Elsevier Science Ltd, 1986. – 424 p.
14. Murakami Y. (ed.) Stress Intensity Factors Handbook. In 2 Volumes. Oxford etc., Pergamon press, 1987. – 1456 p.
15. Морозов Е. ANSYS в руках инженера. Механика разрушения. [Текст] / Морозов Е., Муйземнек А., Шадский А. – М.: Ленард. – 456 с.
16.Ясній П. Дослідження КІН двох взаємодіючих поверхневих півеліптичних тріщин методом скінченних елементів [Текст] / П. Ясній, І. Підгурський // Вісник ТНТУ, 2014. – Т. 74 – № 2. – С. 15 – 25.
17. Hobbacher A. F. Recommendations for Fatigue Design of Welded Joints and Components – Springer, 2016. – 143 p.
18. Горынин, И.В. Использование механики разрушения для обеспечения надежности арктических крупномасштабных сварных металлоконструкций [Текст] / И.В. Горынин, А.В. Ильин, В.П. Леонов // Физ.-хим. механіка материалов. – 2001. – 37. – № 2. – С. 133 – 148.
19. FITNET FFS – MK7 – Annex A – 149 p.
20.Карзов Г.П. Физико-механическое моделирование процессов разрушения [Текст] / Г.П. Карзов, Б.З. Марголин, В.А. Швецова. – СПб. : Политехника. – 1993. – 391 с.
21. Підгурський, М.І. Аналіз закономірностей поширення втомних поверхневих тріщин в елементах зварних конструкцій [Текст] / М.І. Підгурський // Зб. наук. праць НУК. – Миколаїв : НУК, 2009. – № 3 (406). – С. 83 – 89.
22. Пидгурский. Н.И. Особенности расчета коэффициентов интенсивности напряжений для поверхностных трещин, развивающихся у сварных швов [Текст] / Н.И. Пидгурский, В.Н. Барановский, В.В. Ляхов, И.Н. Пидгурский // Вісник Донбаської державної машинобудівної академії: зб. наук. пр. – Краматорськ. 2012. – № 3 (28). – C. 211 – 215.
23.Chattopadhyay A., Glinka G., El-Zein M., Qian J., Formas R. Stress analysis and fatigue of welded structures, Journal of Welding in the World 2011, vol. 55. – №. 7-8, pp. 2 – 21.

1. Mahnenko V.I. Resurs bezopasnoj ekspluatacii svarnyh soedinenij i uzlov sovremennyh konstrukcij – K. Nauk. dumka, 2006. 620 p. [In Russian].
2. Panasyuk V.V. Mehanika kvazihrupkogo razrusheniya materialov. K. Nauk. dumka, 1991. 416 p. [In Russian].
3. Carpinteri A., Ronchei C., Vantadori S. Stress intensity factors and fatigue growth of surface cracks in notched shells and round bars: Two decades of research work. Fatigue Frac. Eng. Mater. Struct. 2013, no 36, pp. 1164 – 1177.
4. Peng Y., Wu C., Zheng Y., Dong J. Improved Formula for the Stress Intensity Factor of Semi-Elliptical Surface Cracks in Welded Joints under Bending Stress. Materials 2017, no. 10, 166 p.
5. Niu X., Glinka G. Stress-intensity factors for semi-elliptical surface cracks in welded joints. Int. J. Fract. 1989, no. 40, pp. 255 – 270.
6. Wang X., Lambert S. Weight functions and stress intensity factors for semi-elliptical cracks in T-plate welded joints. Fatigue Frac. Eng. Mater. Struct. 1998, no. 21, pp. 99 – 117.
7. Carpinteri A., Ronchei C., Scorza D. Vantadori S. Fracture mechanics based approach to fatigue analysis of welded joints. Eng. Fail. Anal. 2015, no 49, pp. 67 – 78.
8. Leander J., Aygül M., Norlin B. Refined fatigue assessment of joints with welded in-plane attachments by LEFM. Int. J. Fatigue 2013, no. 56, pp. 25 – 32.
9. Tanaka S., Kawahara T. Okada H. Study on crack propagation simulation of surface crack in welded joint structure. Mar. Struct. 2014, no. 39, pp. 315 – 334.
10. Xiao Z.G., Chen T., Zhao X.L. Fatigue strength evaluation of transverse fillet welded joints subjected to bending loads. Int. J. Fatigue 2012, no. 38, pp. 57 – 64.
11.Chen T., Xiao Z.G., Zhao X.L. Gu X.L. A boundary element analysis of fatigue crack growth for welded connections under bending. Eng. Fract. Mech. 2013, no. 98, pp. 44 – 51.
12. Almar-Naess A. Fatigue Handbook Offshore Steel Structures; Tapir Publishers: Flatasen, Norway, 1985.
13. Atluri S. N. (ed.) Computational Methods in the Mechanics of Fracture – Elsevier Science Ltd, 1986, 424 p.
14. Murakami Y. (ed.) Stress Intensity Factors Handbook. In 2 Volumes. Oxford etc., Pergamon press, 1987, 1456 p.
15. Morozov Ye., Muyzemnek A., Shadskiy A. ANSYS v rukakh inzhenera. Mekhanika razrusheniya. M. Lenard. 456 p. [In Russian].
16. Yasnij P., Pidgurskij I. Doslidzhennya KIN dvoh vzayemodiyuchih poverhnevih piveliptichnih trishin metodom skinchennih elementiv. Visnik TNTU, 2014, vol. 74, no. 2. Pp. 15 – 25 [In Ukrainian].
17. Hobbacher A. F. Recommendations for Fatigue Design of Welded Joints and Components – Springer, 2016. – 143 p.
18. Gorynin I.V., Ilin A.V., Leonov V.P. Ispolzovanie mehaniki razrusheniya dlya obespecheniya nadezhnosti arkticheskih krupnomasshtabnyh svarnyh metallokonstrukcij // Fiz.-him. mehanika materialov. 2001, 37, no. 2. Pp. 133 – 148.
19. FITNET FFS. MK7. Annex A. 149 p.
20. Karzov G.P., Margolin B.Z., Shvetsova V.A. Fiziko-mehanicheskoe modelirovanie processov razrusheniya – SPb. Politehnika, 1993. 391 p. [In Russian].
21. Pidgurskij M.I. Analiz zakonomirnostej poshirennya vtomnih poverhnevih trishin v elementah zvarnih konstrukcij. Zb. nauk. prac NUK. Mikolayiv. NUK, 2009, no. 3 (406). Pp. 83 – 89 [In Ukrainian].
22. Pidgurskij N.I., Baranovskij V.N., Lyahov V.V., Pidgurskij I.N. Osobennosti rascheta koefficientov intensivnosti napryazhenij dlya poverhnostnyh treshin, razvivayushihsya u svarnyh shvov. Visnik Donbaskoyi derzhavnoyi mashinobudivnoyi akademiyi, zb. nauk. pr. Kramatorsk. 2012. No. 3 (28). Pp. 211–215 [In Russian].
23.Chattopadhyay A., Glinka G., El-Zein M., Qian J., Formas R. Stress analysis and fatigue of welded structures, Journal of Welding in the World 2011, vol. 55, no. 7 – 8, pp. 2 – 21.