Про цю симуляцію

Автор: Команда MySimulator · Редакційна перевірка: Редакція MySimulator

Оновлено: 5 липня 2026 р.

Ця симуляція моделює втомне зростання тріщини у металевому зразку під циклічним навантаженням за законом Періса da/dN = C·(ΔK)^m — стандартним інженерним рівнянням для стабільного поширення тріщини. Щоцикл перераховується розмах коефіцієнта інтенсивності напружень біля вершини тріщини ΔK = Y·Δσ·√(πa) на основі поточної довжини тріщини a, і тріщина зростає на da/dN міліметрів за цикл. Зростання триває, доки пікова інтенсивність напружень K_max = Y·σ_max·√(πa) не досягне в'язкості руйнування матеріалу K_IC — тоді зразок руйнується миттєво, а не продовжує повільно зростати.

🔬 Що показано

Прямокутний зразок, який розтягується між σ_max і σ_min щоцикл, з тріщиною, що росте від початкової довжини a₀ углиб матеріалу. Графік у реальному часі показує довжину тріщини a відносно кількості циклів N у логарифмічній шкалі, позначаючи критичну довжину тріщини a_c, при якій K_max = K_IC; на канві зразок деформується і показує зону руйнування, коли відбувається розрив.

🎮 Як користуватись

Оберіть матеріал у списку «Матеріал» (Сталь A36, Алюміній 7075, Титан Ti-6Al-4V, Чавун) або задайте власні значення C, m і K_IC. Регулюйте повзунки Початкова тріщина a₀, σ_max, σ_min, Ширина зразка W та Y геометричний фактор, встановіть Циклів за кадр, щоб пришвидшити чи сповільнити симуляцію, і користуйтесь кнопками Пауза/Старт та Скинути для керування процесом.

💡 Чи знали ви?

Оскільки da/dN масштабується як ΔK у степені m, подвоєння прикладеного розмаху напружень Δσ не просто подвоює швидкість зростання тріщини — для типової сталі з m≈3 вона зростає приблизно у 2³ = 8 разів, тому навіть невелике збільшення циклічного навантаження може різко скоротити ресурс втоми деталі.

Часті запитання

Що таке закон Періса і що означають C та m?

Закон Періса — це емпіричне рівняння da/dN = C·(ΔK)^m, яке описує, наскільки швидко втомна тріщина росте за один цикл навантаження в режимі стабільного поширення. C і m — це константи матеріалу, отримані з випробувальних даних: C визначає загальну швидкість зростання, а m контролює, наскільки ця швидкість чутлива до розмаху інтенсивності напружень ΔK. У цьому симуляторі C вводиться в одиницях ×10⁻¹¹, а m зазвичай коливається від приблизно 2,9 для титану до 4,5 для чавуну.

Як обчислюється коефіцієнт інтенсивності напружень?

Симуляція використовує стандартну формулу лінійно-пружної механіки руйнування K = Y·σ·√(πa), де σ — прикладене напруження, a — поточна довжина тріщини, а Y — безрозмірний геометричний фактор, що враховує форму зразка (регулюється повзунком Y геометричний фактор, за замовчуванням 1,12 для крайової тріщини). ΔK використовує розмах напружень Δσ = σ_max − σ_min, тоді як K_max використовує безпосередньо σ_max; руйнування настає щойно K_max досягає K_IC.

Що визначає момент руйнування зразка?

Руйнування відбувається, коли пікова інтенсивність напружень K_max = Y·σ_max·√(πa) досягає в'язкості руйнування матеріалу K_IC, яка вводиться в МПа·√м через повзунок K_IC. У міру зростання тріщини a значення K_max зростає, навіть якщо прикладені напруження лишаються сталими, тож для кожної комбінації матеріалу й навантаження існує критична довжина тріщини a_c (показана пунктирною лінією на графіку), після якої тріщина стає нестабільною і зразок різко ламається замість повільного зростання.

Це повна фізична симуляція тріщини чи спрощена модель?

Це спрощена інженерна модель, а не скінченно-елементна чи повна фізична симуляція. Сама траєкторія тріщини — це випадково зміщена лінія для візуального ефекту, а геометрія зразка — простий прямокутний брусок, а не реальний зразок для випробувань на руйнування. Однак фізика зростання — це справжній закон Періса, чисельно інтегрований цикл за циклом з реальною формулою інтенсивності напружень, тож тенденції у довжині тріщини, швидкості зростання та кількості циклів до руйнування відображають реальну поведінку втоми матеріалу.

Чому різні пресети матеріалів руйнуються після настільки різної кількості циклів?

Кожен пресет (Сталь A36, Алюміній 7075, Титан Ti-6Al-4V, Чавун) має власні значення C, m і K_IC, узяті з типових опублікованих даних про втому матеріалів, а показник «Циклів до руйнування» обчислюється інтегруванням закону Періса від поточної довжини тріщини до критичної довжини a_c. Матеріали з низьким K_IC (наприклад, чавун при 20 МПа·√м) досягають критичної довжини тріщини швидше, а високий показник Періса m змушує зростання прискорюватися значно швидше після початку тріщиноутворення, тож невеликі відмінності у властивостях матеріалу перетворюються на великі відмінності в ресурсі втоми.