student
студент
PhD (Physics and Mathematics), assistant professor of Chair of Computer Techniques of Solids Mechanics
кандидат физико-математических наук, доцент кафедры вычислительных методов механики деформируемого тела
Aluminum and its alloys, such as the Al–Si–Mg alloy, are widely used in various industrial and engineering fields due to their mechanical properties. In this case, the defects occurring during the casting process adversely affect the behavior of this alloy under cyclic load conditions. Therefore, the study aimed to investigate the surface defect influence on the material's fatigue strength is currently of great importance. The paper presents a numerical investigation based on the finite element method intended to evaluate the effect of the interaction of the complex-shaped defects on the stress of the Al–Si–Mg aluminum alloy. The developed complex-defect model consists of a hemispherical main (base) defect and a secondary defect at the bottom of the main one. The authors use the Chaboche model to describe the material’s behavior under the cyclic load conditions. The paper contains the computational solution constructed with the ANSYS Workbench platform. The authors supposed that it is possible to approximate the considered complex defect form by an equivalent simplified defect. The study shows that the maximum von Mises stress values for the complex-shaped defects are achieved at the joint of the secondary defect with the main one. In the case of an equivalent defect, the maximum values are observed at the defect's bottom and on the periphery. The authors comparatively estimated the uncertainty obtained using an equivalent defect and the cases of three complex-shaped defects and three hemispherical defects without additional (secondary) damage. This estimation shows that in the case of a complex-shaped defect, the equivalent defect model has an error of 14.5 %, which is 6.5 % greater than in the case of the hemispherical defects without secondary damages at the bottom.
Алюминий и его сплавы, в частности сплав Al–Si–Mg, широко применяются в различных областях промышленности и техники благодаря своим механическим свойствам. При этом дефекты, образующиеся в процессе литья, оказывают пагубное воздействие на поведение рассматриваемого сплава в условиях циклических нагрузок. Поэтому актуальны исследования, направленные на изучение влияния поверхностных дефектов на усталостную прочность материала. В статье представлено численное исследование, основанное на методе конечных элементов, целью которого является оценка влияния взаимодействия дефектов сложной формы на напряжение исследуемого образца алюминиевого сплава Al–Si–Mg. Построенная модель сложного дефекта состоит из основного дефекта полусферической формы и вторичного дефекта на дне основного. Поведение материала при циклических нагрузках описывается моделью Шабоша. Численное решение построено в пакете ANSYS Workbench. Было выдвинуто предположение, что рассматриваемую сложную комбинацию дефектов возможно аппроксимировать эквивалентным упрощенным дефектом. Показано, что максимальные значения напряжения Мизеса для дефектов сложной формы достигаются на месте стыка вторичного дефекта с основным. В случае эквивалентного дефекта максимальные значения наблюдаются на дне дефекта и по краям. Проведена сравнительная оценка погрешности, полученной с использованием эквивалентного дефекта, и случаев трех дефектов сложной формы и трех дефектов полусферической формы без дополнительного (вторичного) повреждения. Данная оценка показала, что при сложной форме дефектов модель эквивалентного дефекта дает погрешность в 14,5 %, что на 6,5 % больше, чем в случае полусферических дефектов без вторичных повреждений на дне.