Об интегральных уравнениях трещин нового типа

Авторы

  • Владимир Андреевич Бабешко Южный научный центр РАН, Российская Федерация, 344006, Ростов-на-Дону, ул. Чехова, 41, Кубанский государственный университет, Российская Федерация, 350040, Краснодар, ул. Ставропольская, 149
  • Ольга Владимировна Евдокимова Южный научный центр РАН, Российская Федерация, 344006, Ростов-на-Дону, ул. Чехова, 41
  • Ольга Мефодиевна Бабешко Кубанский государственный университет, Российская Федерация, 350040, Краснодар, ул. Ставропольская, 149

DOI:

https://doi.org/10.21638/spbu01.2022.302

Аннотация

В работе впервые развивается метод моделирования трещин нового типа, позволяющий описывать их в средах сложных реологий. В его основе лежит ранее опубликованный авторами новый универсальный метод моделирования, применяемый в граничных задачах для систем дифференциальных уравнений в частных производных. Достоинством метода является возможность ухода от необходимости решения сложных граничных задач для систем дифференциальных уравнений в частных производных путем замены их на отдельные дифференциальные уравнения, среди которых самыми простыми являются уравнения Гельмгольца. Именно с помощью комбинаций решений граничных задач для этого уравнения можно описывать поведение сложных решений многокомпонентных граничных задач. В настоящей работе впервые метод применяется к смешанной граничной задаче для трещин нового типа. Трещины нового типа, дополняющие трещины Гриффитса, были обнаружены при изучении разломов литосферных плит, сближающихся торцами при встречном движении по границе Конрада. В качестве моделей литосферных плит в исследовании были приняты плиты Кирхгофа. Развиваемый в публикуемой статье метод нацелен на возможность описания моделей сближающихся объектов, подобных литосферным плитам, в виде деформируемых плит более сложных реологий. В частности, это могут быть термоэлектроупругие плиты или плиты иной реологии. При решении задач с применением моделей Кирхгофа для литосферных плит возникала проблема вычисления некоторых функционалов,нуждавшихся в определении. В настоящем методе демонстрируется подход, устраняющий этот недостаток. Даны вывод интегральных уравнений трещин нового типа, способ их решения и подход к применению в более сложных реологиях.

Ключевые слова:

блочный элемент, факторизация, интегральные уравнения, внешние формы, трещины нового типа

Скачивания

Данные скачивания пока недоступны.
 

Библиографические ссылки

Литература

1. Griffith A.A. The Phenomena of Rupture and Flow in Solids. Trans. Roy. Soc. A 221, 163-198 (1921). https://doi.org/10.1098/rsta.1921.0006

2. Sator C., Becker W. Closed-form solutions for stress singularities at plane bi- and trimaterial functions. Arch. Appl. Mech. 82, 643-658 (2012). https://doi.org/10.1007/s00419-011-0580-6

3. Irwin G. Fracture Dynamics. In: Fracturing of metals. Ohio, Am. Soc. for Metals, Cleveland, 147-166 (1948).

4. Leblond J.B., Frelat J. Crack kinking from an interface crack with initial contact between the crack lips. Europ. J. Mech. A. Solids 20 (6), 937-951 (2001). https://doi.org/10.1016/S0997-7538(01)01173-1

5. Loboda V.V., Sheveleva A.E. Determing prefracture zones at a crack tip between two elastic orthotropic bodies. Int. Appl. Mech. 39 (5), 566-572 (2003). https://doi.org/10.1023/A:1025139625891

6. Loeber J.F., Sih G.C. Transmission of anti-plane shear waves past an interface crack in dissimilar media. Engineering Fracture Mechanics 5 (3), 699-725 (1973). https://doi.org/10.1016/0013-7944(73)90048-9

7. Menshykov O.V., Menshykov M.V., Guz I.A. 3-D elastodynamic contact problem for an interface crack under harmonic loading. Engineering Fracture Mechanics 80, 52-59 (2012). https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2010.12.010

8. Menshykov O.V., Menshykov M.V., Guz I.A., Mickucka V. 2-D and 3-D contact problems for interface cracks under harmonic loading. In: Constanda C., Harris P. (eds). Integral Methods in Science and Engineering. Boston, Birkh¨auser, 241-252. https://doi.org/10.1007/978-0-8176-8238-5_23

9. Menshykov O.V., Menshykov M.V., Guz I.A. Linear interface crack under plane shear wave. CMES - Computer Modeling in Engineering & Sciences 48 (2), 107-120 (2009). https://doi.org/10.3970/cmes.2009.048.107

10. Menshykov O.V., Menshykov M.V., Guz I.A. Modelling crack closure for an interface crack under harmonic loading. Int. J. of Fracture 165 (1), 127-134 (2010). https://doi.org/10.1007/s10704- 010-9492-7

11. Menshykov O.V., Menshykov M.V., Guz I.A. An iterative BEM for the dynamic analysis of interface crack contact problems. Engineering Analysis with Boundary Elements 35 (5), 735-749 (2011). https://doi.org/10.1016/j.enganabound.2010.12.005

12. Mikhas’kiv V.V., Butrak I.O. Stress concentration around a spheroidal crack caused by a harmonic wave incident at an arbitrary angle. Int. Appl. Mech. 42 (1), 61-66 (2006). https://doi.org/10.1007/s10778-006-0059-2

13. Rice J.R. Elastic fracture mechanics concepts for interfacial cracks. Trans. ASME. J. Appl. Mech. 55 (1), 98-103 (1988). https://doi.org/10.1115/1.3173668

14. Zhang Ch., Gross D. On wave propagation in elastic solids with cracks. South Hampton, UK, Boston, USA, Comp. Mech. Publ. (1998).

15. Морозов Н.Ф. Математические вопросы теории трещин. Москва, Наука (1984).

16. Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. Москва, Наука (1974).

17. Kirugulige M.S., Tippur H.V. Mixed-mode dynamic crack growth in functionally graded glassfilled epoxy. Exp. Mech. 46 (2), 269-281 (2006). https://doi.org/10.1007/s11340-006-5863-4

18. Huang Y., Gao H. Intersonic crack propagation - Part II: Suddenly stopping crack. J. Appl. Mech. 69 (1), 76-80 (2002). https://doi.org/10.1115/1.1410936

19. Antipov Y.A., Smirnov A.V. Subsonic propagation of a crack parallel to the boundary of a half-plane. Math. Mech. Solids 18 (2), 153-167 (2013). https://doi.org/10.1177/1081286512462182

20. Sinclair G.B. Stress singularities in classical elasticity - I: Removal, Interpretation, and Analysis. Appl. Mech. Rev. 57 (4), 251-298 (2004). https://doi.org/10.1115/1.1762503

21. Sinclair G.B. tress Singularities in Classical Elasticity - II: Asymptotic Identification. Appl. Mech. Rev. 57 (5), 385-439 (2004). https://doi.org/10.1115/1.1767846

22. Babeshko V.A., Evdokimova O. V., Babeshko O.M. On the possibility of predicting some types of earthquake by a mechanical approach. Acta Mechanica 229 (5), 2163-2175 (2018). https://doi.org/10.1007/s00707-017-2092-0

23. Babeshko V.A., Evdokimova O.V., Babeshko O.M. On a mechanical approach to the prediction of earthquakes during horizontal motion of lithospheric plates. Acta Mechanica 229 (11), 4727-4739 (2018). https://doi.org/10.1007/s00707-018-2255-7

24. Бабешко В.А., Бабешко О.М., Евдокимова О.В. Об одном новом типе трещин, дополняющих трещины Гриффитса-Ирвина. Доклады Академии наук 485 (2), 162-165 (2019). https://doi.org/10.31857/S0869-56524852162-165

25. Бабешко В.А., Евдокимова О.В., Бабешко О.М. О влиянии пространственноймо дели литосферных плит на стартовое землетрясение. Доклады Академии наук 480 (2), 158-163 (2018). https://doi.org/10.7868/S0869565218140062

26. Бабешко В.А., Евдокимова О.В., Бабешко О.М. Фрактальные свойства блочных элемен- тов и новыйуниверсальный метод моделирования. Доклады Академии наук 499 (1), 30-35 (2021). https://doi.org/10.31857/S2686740021040039

27. Бабешко В.А., Евдокимова О.В., Бабешко О.М. О стадиях преобразования блочных эле- ментов. Доклады Академии наук 468 (2), 154-158 (2016). https://doi.org/10.7868/S0869565216140085

28. Ворович И.И., Бабешко В.А. Динамические смешанные задачи теории упругости для неклассических областей. Москва, Наука (1979).

29. Нобл Б. Метод Винера-Хопфа. Москва, ИЛ (1962).

References

1. Griffith A.A. The Phenomena of Rupture and Flow in Solids. Trans. Roy. Soc. A 221, 163-198 (1921). https://doi.org/10.1098/rsta.1921.0006

2. Sator C., Becker W. Closed-form solutions for stress singularities at plane bi- and trimaterial functions. Arch. Appl. Mech. 82, 643-658 (2012). https://doi.org/10.1007/s00419-011-0580-6

3. Irwin G. Fracture Dynamics. In: Fracturing of metals. Ohio, Am. Soc. for Metals, Cleveland, 147-166 (1948).

4. Leblond J.B., Frelat J. Crack kinking from an interface crack with initial contact between the crack lips. Europ. J. Mech. A. Solids 20 (6), 937-951 (2001). https://doi.org/10.1016/S0997-7538(01)01173-1

5. Loboda V.V., Sheveleva A.E. Determing prefracture zones at a crack tip between two elastic orthotropic bodies. Int. Appl. Mech. 39 (5), 566-572 (2003). https://doi.org/10.1023/A:1025139625891

6. Loeber J.F., Sih G.C. Transmission of anti-plane shear waves past an interface crack in dissimilar media. Engineering Fracture Mechanics 5 (3), 699-725 (1973). https://doi.org/10.1016/0013-7944(73)90048-9

7. Menshykov O.V., Menshykov M.V., Guz I.A. 3-D elastodynamic contact problem for an interface crack under harmonic loading. Engineering Fracture Mechanics 80, 52-59 (2012). https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2010.12.010

8. Menshykov O.V., Menshykov M.V., Guz I.A., Mickucka V. 2-D and 3-D contact problems for interface cracks under harmonic loading. In: Constanda C., Harris P. (eds). Integral Methods in Science and Engineering. Boston, Birkh¨auser, 241-252. https://doi.org/10.1007/978-0-8176-8238-5_23

9. Menshykov O.V., Menshykov M.V., Guz I.A. Linear interface crack under plane shear wave. CMES - Computer Modeling in Engineering & Sciences 48 (2), 107-120 (2009). https://doi.org/10.3970/cmes.2009.048.107

10. Menshykov O.V., Menshykov M.V., Guz I.A. Modelling crack closure for an interface crack under harmonic loading. Int. J. of Fracture 165 (1), 127-134 (2010). https://doi.org/10.1007/s10704- 010-9492-7

11. Menshykov O.V., Menshykov M.V., Guz I.A. An iterative BEM for the dynamic analysis of interface crack contact problems. Engineering Analysis with Boundary Elements 35 (5), 735-749 (2011). https://doi.org/10.1016/j.enganabound.2010.12.005

12. Mikhas’kiv V.V., Butrak I.O. Stress concentration around a spheroidal crack caused by a harmonic wave incident at an arbitrary angle. Int. Appl. Mech. 42 (1), 61-66 (2006). https://doi.org/10.1007/s10778-006-0059-2

13. Rice J.R. Elastic fracture mechanics concepts for interfacial cracks. Trans. ASME. J. Appl. Mech. 55 (1), 98-103 (1988). https://doi.org/10.1115/1.3173668

14. Zhang Ch., Gross D. On wave propagation in elastic solids with cracks. South Hampton, UK, Boston, USA, Comp. Mech. Publ. (1998).

15. Morozov N.F. Mathematical problems in the theory of cracks. Moscow, Nauka Publ. (1984). (In Russian)

16. Cherepanov G.P. Brittle fracture mechanics. Moscow, Nauka Publ. (1974). (In Russian)

17. Kirugulige M.S., Tippur H.V. Mixed-mode dynamic crack growth in functionally graded glassfilled epoxy. Exp. Mech. 46 (2), 269-281 (2006). https://doi.org/10.1007/s11340-006-5863-4

18. Huang Y., Gao H. Intersonic crack propagation - Part II: Suddenly stopping crack. J. Appl. Mech. 69 (1), 76-80 (2002). https://doi.org/10.1115/1.1410936

19. Antipov Y.A., Smirnov A.V. Subsonic propagation of a crack parallel to the boundary of a half-plane. Math. Mech. Solids 18 (2), 153-167 (2013). https://doi.org/10.1177/1081286512462182

20. Sinclair G.B. Stress singularities in classical elasticity - I: Removal, Interpretation, and Analysis. Appl. Mech. Rev. 57 (4), 251-298 (2004). https://doi.org/10.1115/1.1762503

21. Sinclair G.B. tress Singularities in Classical Elasticity - II: Asymptotic Identification. Appl. Mech. Rev. 57 (5), 385-439 (2004). https://doi.org/10.1115/1.1767846

22. Babeshko V.A., Evdokimova O. V., Babeshko O.M. On the possibility of predicting some types of earthquake by a mechanical approach. Acta Mechanica 229 (5), 2163-2175 (2018). https://doi.org/10.1007/s00707-017-2092-0

23. Babeshko V.A., Evdokimova O.V., Babeshko O.M. On a mechanical approach to the prediction of earthquakes during horizontal motion of lithospheric plates. Acta Mechanica 229 (11), 4727-4739 (2018). https://doi.org/10.1007/s00707-018-2255-7

24. Babeshko V.A., Babeshko O.M., Evdokimova O.V. On one new type of cracks supplementing the Griffith-Irwin cracks. Doklady Akademii nauk 485 (2), 162-165 (2019). https://doi.org/10.31857/S0869-56524852162-165 (In Russian) [Eng. transl.: Dokl. Phys. 64, 102-105 (2019). https://doi.org/10.1134/S1028335819030042].

25. Babeshko V.A., Evdokimova O.V., Babeshko O.M. On the influence of the spatial model of lithospheric plates on the starting earthquake. Doklady Akademii nauk 480 (2), 158-163 (2018). https://doi.org/10.7868/S0869565218140062 (In Russian) [Eng. transl.: Dokl. Phys. 63, 203-207 (2018). https://doi.org/10.1134/S102833581805004X].

26. Babeshko V.A., Evdokimova O.V., Babeshko O.M. Fractal properties of block elements and a new universal modeling method. Doklady Akademii nauk 499 (1), 30-35 (2021). https://doi.org/10.31857/S2686740021040039 (In Russian)

27. Babeshko V.A., Evdokimova O.V., Babeshko O.M. On the stages of transformation of block elements. Doklady Akademii nauk 468 (2), 154-158 (2016). https://doi.org/10.7868/S0869565216140085 (In Russian) [Eng. transl.: Dokl. Phys. 61, 227-231 (2016). https://doi.org/10.1134/S1028335816050049].

28. Vorovich I. I., Babeshko V.A. Dynamic mixed problems of elasticity theory for non-classical domains. Moscow, Nauka Publ. (1979). (In Russian)

29. Noble B. Wiener-Hopf method. Moscow, Inostrannaya literatura Publ. (1962).

Загрузки

Опубликован

10.10.2022

Как цитировать

Бабешко, В. А., Евдокимова, О. В., & Бабешко, О. М. (2022). Об интегральных уравнениях трещин нового типа. Вестник Санкт-Петербургского университета. Математика. Механика. Астрономия, 9(3), 405–416. https://doi.org/10.21638/spbu01.2022.302

Выпуск

Раздел

К юбилею Н.Ф. Морозова

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)