Long-term fracture of a composite rod under tension in creep conditions in the presence of an active medium

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The stress-strain state is considered and the time to fracture of a composite tensile rod during creep under the influence of an active environment is determined. The rod consists of three parts arranged symmetrically in thickness. An additional condition is accepted: all parts of the composite rod are rigidly interconnected without slipping. The creep of each part of the rod is described by a power model with different parameters. To determine the time to fracture, a kinetic equation is used that describes the accumulation of damage during the creep process. For each part of the rod, the same form of the kinetic equation is adopted, but the accumulation of damage occurs under the action of stresses that are different for each part of the rod. The influence of the active medium is determined by the diffusion penetration of its elements into the rod material. An approximate method for solving the diffusion equation based on the introduction of a diffusion front is used. The distribution of stresses in time is analyzed under the condition of penetration of the active medium into different parts of the rod with different diffusion coefficients. As a result of the study, it was shown that the ratio of the constants in the constitutive ratios of the creep of the parts of the rod affects the nature of the accumulation of damage and the distribution of stresses, and therefore, there is an influence on the sequence of destruction of the parts of the composite rod. With an increase in the exponents in the constitutive and kinetic relations, the time until the destruction of the composite rod increases. The dependence of the time to fracture on the ratio of the diffusion coefficients of the active medium in the part of the rod is determined.

About the authors

Leonid V. Fomin

Lomonosov Moscow State University, Institute of Mechanics

Author for correspondence.
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.; Leading Researcher; Lab. of Design and Applied Methods of Calculation of Composite Structures

Russian Federation, 119192, Moscow, Michurinsky prospekt, 1

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 Design and Applied Methods of Calculation of Composite Structures

Russian Federation, 119192, Moscow, Michurinsky prospekt, 1

References

  1. Rabotnov Yu. N. Creep problems in structural members. Amsterdam, London, North-Holland Publ. Co., 1969, xiv+822 pp.
  2. Lokoshchenko A. M. Creep and Long-term Strength of Metals. Boca, Raton, CRC Press, 2017, xviii+545 pp. EDN: YKQNZJ. DOI: https://doi.org/10.1201/b22242.
  3. Lokoshchenko A., Fomin L. Kinetic theory of cand long-term strength of metals, In: Kinetic Theory. Rijeka, IntechOpen, 2018, pp. 51–69. DOI: https://doi.org/10.5772/intechopen.70768.
  4. Fomin L. V., Basalov Yu. G. On the long-term fracture of a composite tensile rod under creep conditions, Mech. Solids, 2023, vol. 58, no. 84–94. DOI: https://doi.org/10.3103/S0025654422100338.
  5. Petrova M. A., Saadatibai M., Tarasov A. I. Analysis of modern turbine engines working surface layers blades work conditions, Civil Aviation High Technologies, 2015, no. 217, pp. 124–127 (In Russian). EDN: RWNDAE.
  6. Abraimov N. V., Zolotareva A. Yu. Effect of high-temperature coatings on the reliability characteristics of GTE blade elements, Russ. Metall., 2019, vol. 2019, no. 12, pp. 1268–1274. EDN: KNYMBU. DOI: https://doi.org/10.1134/S0036029519120024.
  7. Borisov V. M., Trofimov V. N., Sapozhkov A. Yu., et al. On the capabilities of improving the corrosion resistance of fuel cladding by using high-power laser and plasma sources, Nuclear Physics and Engineering, 2015, vol. 6, no. 11–12, pp. 643–650 (In Russian). EDN: XGWIPF. DOI: https://doi.org/10.1134/S2079562915060032.
  8. Li W., Shirvan K. Implications of SiC irradiation creep and annealing to UN-SiC fuel rod behavior, J. Nucl. Mat., 2020, vol. 542, 152479. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2020.152479.
  9. Bose S. High Temperature Coatings. Cambridge, MA, Butterworth-Heinemann, 2018, xviii+398 pp. DOI: https://doi.org/10.1016/C2015-0-01316-8.
  10. Lokoshchenko A. M., Fomin L. V. Delayed fracture of plates under creep condition in unsteady complex stress state in the presence of aggressive medium, Appl. Math. Model., 2018, vol. 60, pp. 478–489. EDN: XYDIAH. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apm.2018.03.031.
  11. Fomin L. V. Description of creep rupture strength of tensile rod with rectangular and circular cross-section at high temperature air media, Vestn. Samar. Gos. Tekhn. Univ., Ser. Fiz.-Mat. Nauki [J. Samara State Tech. Univ., Ser. Phys. Math. Sci.], 2013, no. 3(32), pp. 87–97 (In Russian). EDN: PRWXIE. DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu1228.
  12. Oding I. A., Fridman Z. G. Role of surface layers in long-term fracture of metals under creep conditions, Zavod. Lab., 1959, vol. 25, no. 3, pp. 329–332 (In Russian).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Figure 1. Scheme of the arrangement of parts in a composite rod

Download (57KB)
3. Figure 2. Graphs of dependences of quantities $\bar{\sigma}_i=\bar{\sigma}_i(\bar{t})$, $\omega_i=\omega_i(\bar{t})$, $i=1, 2$

Download (108KB)

Copyright (c) 2024 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».