Fastran

Fastran to program komputerowy do obliczania tempa wzrostu pęknięć zmęczeniowych poprzez połączenie równań wzrostu pęknięć i symulacji plastyczności wierzchołka pęknięcia.

Fastran modeluje przyspieszenia i opóźnienia oraz inne efekty obciążenia o zmiennej amplitudzie we wzroście pęknięć za pomocą modelu zamykania pęknięć . Program wykorzystuje model plastyczności wierzchołka pęknięcia, który został po raz pierwszy zaproponowany przez DS Dugdale do obliczenia rozmiaru strefy plastycznej przed wierzchołkiem pęknięcia. Szereg elastycznych i idealnie plastycznych pasków (pierwotnie użyto 30 pasków), które modelują obszar zarówno przed, jak i za wierzchołkiem pęknięcia, służy do śledzenia plastyczności wytwarzanej na wierzchołku pęknięcia. W miarę powiększania się pęknięcia paski są cięte i pozostawiają obszar wypukłego tworzywa sztucznego w śladzie pęknięcia, który uniemożliwia całkowite zamknięcie pęknięcia. Ten profil pęknięcia służy do obliczenia poziomu $którym$ intensywności naprężeń, wierzchołek pęknięcia jest całkowicie otwarty. Efektywny zakres współczynnika intensywności stresu wynosi wtedy

${\ Displaystyle \ Delta K _ {\ tekst {eff}} = K _ {\ tekst {max}} - {\ tekst {max}} (K_ {\ tekst {op}},K_{\text{min}})}$

co pozwala na uzyskanie tempa wzrostu dla cyklu obciążenia z równania wzrostu pęknięć. Następnie oblicza się szybkość wzrostu pęknięć

${\ Displaystyle {da \ nad dN} = f (\ Delta K _ {\ tekst {eff}})}$

Historia

Fastran został napisany w latach 80-tych przez Jamesa C. Newmana podczas pracy w NASA i jest akronimem pochodzącym od NASA FATIGUE CRACK GROWTH STRUCTURAL ANALYSIS . Zamknięcie pęknięcia zostało po raz pierwszy zaobserwowane przez Wolfa Elbera jako podpieranie wierzchołka pęknięcia, powodujące zmniejszenie pełnego zakresu intensywności naprężeń lub siły napędowej wierzchołka pęknięcia. Przyjęto, że jest to spowodowane plastycznością wierzchołka pęknięcia uniemożliwiającą pełne zamknięcie powierzchni pęknięcia.

Podobny program CORPUS został opracowany mniej więcej w tym samym czasie przez AU de Koning.

FASTRAN jest napisany w języku programowania Fortran .

Cechy

Czynniki geometryczne

Współczynnik geometrii $dalekiego$ z obszarem w pobliżu wierzchołka pęknięcia. W programie dostępnych jest wiele standardowych współczynników geometrii. Te współczynniki skalowania umożliwiają obliczenie współczynnika intensywności naprężeń z zastosowanej sekwencji obciążeń za pomocą

${\ Displaystyle K = \ beta \ sigma {\ sqrt {\ pi a}}}$

gdzie jest zastosowanym naprężeniem pola dalekiego, $.$$jest$ pęknięcia

Sekwencja ładowania jest podana jako plik kolejnych punktów zwrotnych, które reprezentują sekwencję ładowania. To w połączeniu ze współczynnikiem obciążenia służy do określenia naprężenia pola dalekiego dla danej geometrii. Sekwencja obciążenia jest przekształcana w serię pojedynczych cykli obciążenia metodą znaną jako przepływ deszczu w locie , która jest zmodyfikowaną formą standardowego algorytmu zliczania przepływu deszczu .

Model zamknięcia został również wykorzystany do wyjaśnienia wzrostu tempa wzrostu obserwowanego w przypadku małych pęknięć, znanego jako efekt małego pęknięcia .

Równania wzrostu pęknięć

Fastran ma wbudowanych wiele równań wzrostu pęknięć wraz z równaniami liniowymi, które można odczytać z pliku.

Teoria

Model ten umożliwia obliczenie współczynnika naprężeń $efektu$ średniego naprężenia , który powoduje zwiększone tempo wzrostu pęknięć przy wyższych współczynnikach naprężeń. Eksperymenty wykazały, że pęknięcie jest zwykle otwarte w ${\ Displaystyle R> 0,7}$ . Ponadto model jest w stanie przewidzieć opóźnienie spowodowane przeciążeniami, które zwiększają plastyczność materiału po pęknięciu. $,$ których tempo wzrostu pęknięć wzrasta po niedociążeniu, które ściska razem powierzchnie pęknięć i zmniejsza stopień interferencji .

Początek plastyczności jest określony przez naprężenie płynięcia , którego wartość zwykle leży w połowie drogi między plastycznością a naprężeniami ostatecznymi. Parametr skalowania naprężenia płynięcia $służy$ do dostosowania naprężenia płynięcia do stopnia ograniczenia występującego na wierzchołku pęknięcia $i$$pęknięcia$ zwykle mieści się między wartością dla płaskiego naprężenia a płaskim odkształceniem . Parametr ten jest również używany jako zmienna korygująca do korygowania szybkości pękania w celu dopasowania do danych testowych.

Ograniczenia

Plastyczność będzie większa w obszarach płaskich naprężeń, ale Fastran modeluje pęknięcie tylko jako przekrój 2D.

Stosowanie

Fastran był używany w społeczności badawczej i do utrzymania bezpiecznego życia samolotów, podobnie jak C-130 używany przez USAF, RAF i RAAF. Jeśli tworzy element programu wzrostu cracku Nasgro .