Fastran - Fastran

Fastran je počítačový program pro výpočet rychlosti únava růst trhlin kombinací rovnice růstu trhlin a simulace plasticity na špičce trhliny.

Fastran modeluje zrychlení a zpomalení a další efekty načítání s proměnnou amplitudou v růstu trhlin pomocí a bezva uzávěr Modelka. Program používá a model výtěžnosti pásu špičky trhliny, kterou poprvé navrhl D. S. Dugdale k výpočtu velikosti plastické zóny před špičkou trhliny. Série elastické - dokonale plastové proužky (původně bylo použito 30 proužků), které modelují oblast před i za hrotem trhliny, se používají ke sledování plasticity vytvářené na špičce trhliny.^[1] Jak trhlina roste, pruhy jsou řezány a zanechávají oblast vyvýšeného plastového materiálu v brázdě trhliny, která brání úplnému uzavření trhliny. Tento profil trhliny se používá k výpočtu faktor intenzity stresu úroveň ${ displaystyle K _ { text {op}}}$ na kterém je špička trhliny zcela otevřená. Efektivní rozsah činitele intenzity stresu je tedy

${ displaystyle Delta K _ { text {eff}} = K _ { text {max}} - { text {max}} (K _ { text {op}}, K _ { text {min}})}$

což umožňuje získat rychlost růstu pro zatěžovací cyklus z rovnice růstu trhlin. Rychlost růstu trhlin se poté vypočítá z

${ displaystyle {da over dN} = f ( Delta K _ { text {eff}})}$

Dějiny

Fastran napsal v 80. letech 20. století James C. Newman zatímco v NASA a je zkratka odvozená z STRUKTURÁLNÍ ANALÝZA RŮSTU ÚNAVU RŮSTU NASA.^[2] Uzavření trhliny bylo poprvé pozorováno Wolfem Elberem jako opření špičky trhliny, což vedlo ke snížení celého rozsahu intenzity napětí nebo hnací síly špičky trhliny.^[3] Předpokládalo se, že to bylo kvůli plasticitě na špičce trhliny zabraňující úplnému uzavření lomových povrchů.

Podobný program CORPUS přibližně ve stejnou dobu vyvinul A. U. de Koning.^[4]

FASTRAN je napsán v Fortran programovací jazyk.

Funkce

Faktory geometrie

Faktor geometrie ${ displaystyle beta}$ Vztahuje napětí vzdáleného pole k oblasti poblíž špičky trhliny. V programu je dodáváno mnoho standardních geometrických faktorů. Tyto faktory měřítka umožňují výpočet faktoru intenzity napětí z aplikované posloupnosti zatížení pomocí

${ displaystyle K = beta sigma { sqrt { pi a}}}$

kde ${ displaystyle sigma}$ je aplikované napětí vzdáleného pole a ${ displaystyle a}$ je délka trhliny.

Sekvence načítání je uvedena jako soubor sekvenčních bodů obratu, které představují sekvenci načítání. To v kombinaci s faktorem zatížení se používá k dodání napětí vzdáleného pole dané geometrie. Pořadí zatížení se převádí na sérii jednotlivých cyklů zatížení metodou známou jako dešťový proud za běhu což je upravená forma normy algoritmus počítání dešťových toků.

Uzavírací model byl také použit k vysvětlení rychlosti růstu pozorované u malých trhlin známých jako malý crack efekt.

Crack růstové rovnice

Fastran má zabudovanou řadu rovnic pro růst trhlin spolu s lineárními rovnicemi, které lze číst ze souboru.

Teorie

Tento model umožňuje výpočet poměr napětí ${ displaystyle R}$ nebo střední účinek stresu což vede ke zvýšené rychlosti růstu trhlin při vyšších poměrech napětí.^[5] Pokusy ukázaly, že trhlina je obvykle otevřená v ${ displaystyle R> 0,7}$. Kromě toho je model schopen předpovědět zpomalení v důsledku přetížení, které zvyšuje plastový materiál v důsledku praskliny. Vysvětluje také zrychlení v důsledku nedostatečného zatížení, kde se rychlost růstu trhlin zvyšuje po nedostatečném zatížení, které komprimuje čelní plochy trhlin dohromady a snižuje stupeň snižování interference ${ displaystyle K _ { text {op}}}$.

Nástup plasticity je dán proudové napětí jehož hodnota obvykle leží uprostřed mezi výnosem a mezními napětími. Parametr měřítka namáhání toku ${ displaystyle alpha}$ se používá k úpravě namáhání proudění podle stupně zadržení na špičce trhliny. Tato hodnota odráží stav napětí na špičce trhliny a obvykle leží mezi hodnotou ${ displaystyle pi}$ pro rovinné napětí a ${ displaystyle 2 pi}$ pro rovinné napětí. Parametr se také používá jako nastavovací proměnná pro korekci rychlosti praskání tak, aby odpovídala testovacím datům.

Omezení

V oblastech rovinného napětí bude plasticita větší, ale Fastran modeluje trhlinu pouze jako 2D průřez.

Používání

Fastran byl používán ve výzkumné komunitě a pro udržení bezpečné životnosti letadel jako C-130 používané USAF, RAF a RAAF. Pokud tvoří součást programu růstu trhlin Nasgro.^[6]

Reference