Creep and long-term fracture of a narrow rectangular membrane inside a high rigid matrix with proportional dependence on the transverse pressure on time

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

In this work, we studied the creep and long-term fracture of a narrow rectangular membrane in confined conditions (inside a high rigid matrix) with a proportional dependence on the magnitude of transverse pressure on time.

Deformation of the membrane is considered as a sequence of three stages. At first stage, the membrane is deformed under free conditions until it touches the longitudinal sides of the rigid matrix. At second stage, the membrane is deformed when it touches the longitudinal walls of matrix until it touches its transverse wall. At third stage, the membrane is already deformed while simultaneously touching the longitudinal and transverse walls of matrix. Membrane deformation occurs under creep conditions under two types of contact conditions: sliding of the membrane along the walls of matrix and adhesion of membrane to the walls of matrix. The dependence of the time until the fracture of membrane at different rates of increase in the magnitude of the transverse pressure is obtained.

The analysis of the gradual long-term fracture of the membrane is carried out using the kinetic theory of creep by Yu. N. Rabotnov, while the parameter of material damage in this problem has a scalar character. The solution of the system consisting of constitutive and kinetic equations showed that during the membrane deformation at the first stage regardless of the type of contact conditions, the level of damage accumulates in the membrane, which is close to its limiting value. In this regard, the creep processes of the membrane at second and third stages of deformation under both considered types of contact conditions practically coincide.

The obtained equations are used to analyze the creep and long-term fracture of a membrane made of 2.15Cr-1Mo steel, which is deformed under variable transverse pressure at a temperature of 600 \(^\circ\)C.

About the authors

Alexander M. Lokoshchenko

Lomonosov Moscow State University, Institute of Mechanics

Author for correspondence.
Email: loko@imec.msu.ru
ORCID iD: 0000-0002-5462-6055
SPIN-code: 4869-1610
Scopus Author ID: 55991237700
ResearcherId: S-2938-2017
http://www.mathnet.ru/person54499

Dr. Phys. & Math. Sci., Professor; Head of Laboratory; Lab. of Creep and Long-Term Strength

1, Michurinsky prospekt, Moscow, 119192, Russian Federation

Leonid V. Fomin

Lomonosov Moscow State University, Institute of Mechanics

Email: fleonid1975@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9075-5049
SPIN-code: 7186-8776
Scopus Author ID: 55815905900
ResearcherId: R-7182-2017
http://www.mathnet.ru/person50057

Cand. Phys. & Math. Sci.; Senior Researcher; Lab. of Creep and Long-Term Strength

1, Michurinsky prospekt, Moscow, 119192, Russian Federation

Yuriy G. Basalov

Lomonosov Moscow State University, Institute of Mechanics

Email: basalov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1416-3690
Scopus Author ID: 57217958651
http://www.mathnet.ru/person50756

Lead Engineer; Lab. of Creep and Long-Term Strength

1, Michurinsky prospekt, Moscow, 119192, Russian Federation

Petr M. Tretyakov

Lomonosov Moscow State University, Department of Mechanics and Mathematics

Email: pet3tyak@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-8221-3127
http://www.mathnet.ru/person178891

Student; Dept. of Mechanics and Mathematics

1, Leninskie Gory, Moscow, 119991, Russian Federation

References

  1. Kachanov L. M. Osnovy mekhaniki razrusheniia [Fundamentals of Fracture Mechanics]. Moscow, Nauka, 1974, 312 pp. (In Russian)
  2. Odqvist F. K. G. Mathematical theory of creep and creep rupture. Oxford, Clarendon Press, 1974, 200 pp.
  3. Storåkers B. Finite Plastic Deformation of a Circular Membrane under Hydrostatic Pressure, Acta polytechnica Scandinavica. Mechanical engineering series, vol. 44. Stocholm, Royal Swedish Acad. of Eng. Sci., 1969, 107 pp.
  4. Malinin N. N. Polzuchest’ v obrabotke metallov [Creep in Metal Forming]. Moscow, Mashinostroenie, 1986, 216 pp. (In Russian)
  5. Lokoshchenko A. M. Creep and Long-term Strength of Metals. Boca, Raton, CRC Press, 2018, xviii+545 pp.. https://doi.org/10.1201/b22242.
  6. Lokoshchenko A. M., Teraud W. V., Shevarova E. A. The steady-state creep of long membrane in a rigid matrix at a variable transverse pressure, Vestn. Samar. Gos. Tekhn. Univ., Ser. Fiz.-Mat. Nauki [J. Samara State Tech. Univ., Ser. Phys. Math. Sci.], 2020, vol. 24, no. 3, pp. 445–468 (In Russian). https://doi.org/10.14498/vsgtu1772.
  7. Lokoshchenko A. M., Fomin L. V., Basalov Yu. G. Steady-state creep of a long narrow membrane inside a high rigid matrix at variable transverse pressure, Proceeding of the 7 th World Congress on Mechanical, Chemical and Material Engeneering (MCM’21), 2021 (August, 2021), ICMIE 123. https://doi.org/10.11159/icmie21.123.
  8. Efimov A. B., Romanyuk S. N., Chumachenko E. N. On the determination of the regularities of friction in the processes of metal forming by pressure, Mec. Solids, 1995, no. 6, pp. 82–98 (In Russian).
  9. Kachanov L. M. Time of the rupture process under creep conditions, Izv. Akad. Nauk SSSR, Otd. Techn. Nauk, 1958, no. 8, pp. 26–36 (In Russian).
  10. Rabotnov Yu. N. Mechanism of long-term destruction, In: Strength of Materials and Structures. Moscow, USSR Academy of Sciences, 1959, pp. 5–7 (In Russian).
  11. Rabotnov Yu. N. Creep problems in structural members. Amsterdam, London, North-Holland Publ. Co., 1969, xiv+822 pp.
  12. Rabotnov Yu. N. On fracture as a consequence of creep, Prikl. Mekh. Tekh. Fiz., 1963, no. 2, pp. 113–123 (In Russian).
  13. Goyal S., Laha K., Panneer Selvi S., Mathew M. D. Mechanistic approach for prediction of creep deformation, damage and rupture life of different Cr–Mo ferritic steels, Materials at High Temperatures, 2014, vol. 31, no. 3, pp. 211–220. https://doi.org/10.1179/1878641314Y.0000000016.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2021 Authors; Samara State Technical University (Compilation, Design, and Layout)

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».