Новый метод прогнозирования трещин и усталости материалов

Исследователи из Института материалов IMDEA разработали новаторский подход к моделированию и прогнозированию образования и роста трещин в конструкционных материалах при циклическом нагружении. Эта разработка, представленная в International Journal of Fatigue, обещает значительно ускорить и упростить анализ прочности.

Новая методика объединяет преимущества линейной упругой механики разрушения (LEFM) с передовым фазовым методом разрушения (PFF). В то время как традиционные подходы к моделированию усталости материалов требуют симуляции каждого цикла нагрузки, что может занимать миллионы циклов и требовать огромных вычислительных ресурсов, новый метод выполняет всего одну монотонную симуляцию, сохраняя при этом высокую точность прогноза.

Ключевое отличие заключается в использовании управляемых энергией решателей, которые позволяют отследить полный путь равновесия трещиносодержащего тела, включая сложные нестабильности, за одну симуляцию. Это избавляет от необходимости пошаговой симуляции каждого цикла, что делает процесс прогнозирования долгосрочной усталости, включая высоко- и сверхвысокоциклическую усталость, чрезвычайно эффективным.

Метод основан на численном определении производной податливости образца по площади трещины, полученной с помощью фазовой симуляции методом конечных элементов. Эта информация, в сочетании с законом Пэриса, стандартным правилом для прогнозирования усталости, позволяет точно рассчитать дальнейшее распространение трещины.

Разработанный фреймворк был успешно протестирован на аналитических решениях и показал высокую степень соответствия экспериментальным данным, в том числе для случаев с непредсказуемыми и искривленными траекториями трещин. Открытый доступ к коду и документации на GitHub обеспечивает полную воспроизводимость и возможность адаптации метода для различных материалов и геометрических форм.