Specific Strength Under Combined Loading


Cite item

Full Text

Abstract

The work is devoted to the application of the concept of specific strength for the analysis of the degree of utilization of mechanical properties of beam material under combined loading. The beam is studied and force diagrams are constructed for various types of loads, such as pure bending with tension, pure bending with tension and torsion, pure bending with torsion, and the strength utilization factor of a beam with an arbitrary cross-section is obtained. The research method is based on the superposition of stress states with the determination of the difference between the resistance diagrams. The concept of material resistance to fracture in the form of ultimate stresses distributed over the body volume is introduced. The method of calculating the specific strength for a beam under combined stress, as well as for thick-walled pipes loaded with internal pressure, is given. The relationship between the beam cross-section of the beam and the specific strength is presented, followed by a conclusion for the optimal application of the beam with the cross-section used.

About the authors

Arslan K. Kurbanmagomedov

RUDN University

Author for correspondence.
Email: kurbanmagomedov_ak@pfur.ru
ORCID iD: 0000-0001-9158-0378
SPIN-code: 5262-5269

Candidate of Physical and Mathematical Sciences, senior lecturer, Nikolskii Mathematical Institute

Moscow, Russia

Evgeny M. Morozov

National Research Nuclear University MEPhI

Email: evgeny.morozof@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4824-8481
SPIN-code: 3989-2934

Doctor of Technical Sciences, Professor

Moscow, Russia

References

  1. Gordeeva G.V., Kurbanmagomedov A.K., Spitsov D.V. Strength control of concrete structures during the assessment of the residual life of buildings and structures of a hazardous production facility in the field of thermal power engineering. System technologies. 2022;4(45):73-86. (In Russ.) https://doi.org/10.55287/22275398_2022_4_73
  2. Ignatiev V.A., Ignatiev A.V., Zhidelev A.V. The mixed form of the finite element method in problems of structural mechanics.Volgograd: VSUACE (VolgGASU) Publ.; 2006. (In Russ.) EDN: OWNUOH
  3. Lepikhin A.M., Morozov E.M., Makhutov N.A., Leschenko V.V. Possibilities of Estimation of Fracture Probabilities and Allowable Sizes of Defects of Structural Elements According to the Criteria of Fracture Mechanics. Inorganic Materials. 2023;59:1524-1531. (In Russ.) https://doi.org/10.1134/S0020168523150074
  4. Makhutov N.A., Moskvichev V.V., Morozov E.M., Shlyannikov V.N., Gadenin M.M., Yudina O.N., Fedorova E.N. The international and national researches of strength, integrity and safety of engineering systems. Safety and emergencies problems. 2020;(1):5-19. (In Russ.) https://doi.org/10.36535/0869-4176-2020-01-1
  5. Moskvichev V.V., Makhutov N.A., Shokin Yu.I. et al. Applied problems of structural strength and mechanics of destruction of technical systems. Novosibirsk: Nauka Publ.; 2021. (In Russ.) https://doi.org/10.7868/978-5-02-038832-1
  6. Arkadov G.V., Getman A.F., Usanov A.I. Development and Application of Technologies Maintenance of a Lifetime and Safety the NPP Components. Proceedings of the 16th International Conference on Nuclear Engineering. Orlando, Florida, USA. May 11-15, 2008;1:313-319. ASME. https://doi.org/10.1115/ICONE16-48904
  7. Sobolev N.D., Bogdanovich K.P. Mechanical properties of materials and fundamentals of strength physics. Moscow: MEPhI Publ.; 1985. (In Russ.)
  8. Friedman Ya.B. Unified theory of strength of materials: With a preface. Academician N.N. Davidenkov. All-Union Scientific Research Institute of Aviation Materials. Moscow: Oborongiz Publ.; 1943. (In Russ.)
  9. Morozov E.M., Polak L.S., Fridman Y.B. Variational Principles in the Development of Cracks in Solids. Soviet Physics Doklady. 1964;9:394. (In Russ.)
  10. Kurbanmagomedov A., Radzhabov Z., Okolnikova G. Investigation of Normal Fracture Cracks in an Infinite Elastic Medium. Networked Control Systems for Connected and Automated Vehicles. NN 2022. Lecture Notes in Networks and Systems. 2023;509:1407-1417. https://doi.org/10.1007/978-3-031-11058-0_142
  11. Honeycombe R. Plastic Deformation of Metals. Nature. 1932. Vol. 129. https://doi.org/10.1038/129717b0
  12. Zakharov M.N., Morozov E.M., Nasonov V.A. Assessing the risk of welding defects. Russian Engineering Research. 2015;35(11):846-849. https://doi.org/10.3103/S1068798X15110180
  13. Kurbanmagomedov A.K., Radzhabov Z.R., Okolnikova G.E. Investigation of Normal Fracture Cracks in Elastic-Layer Materials. NeuroQuantology. 2022;20(8):6378-6384. http://doi.org/10.14704/nq.2022.20.8.NQ44661
  14. Khazhinsky G.M. Mechanics of small cracks in strength calculations of equipment and pipelines. Moscow: Fizmatkniga Publ.; 2008. (In Russ.) ISBN 978-89155-171-8
  15. Morozov E.M., Kurbanmagomedov A.K. Is it possible to determine the whole crack path at once. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2024;20(4):364-373. http://doi.org/10.22363/1815-5235-2024-204-364-373
  16. Gordeeva G.V., Kurbanmagomedov A.K., Spitsov D.V. Strength control of concrete structures during the assessment of the residual life of buildings and structures of a hazardous production facility in the field of thermal power engineering. The System technologies. 2022;4(45):73-86. http://doi.org/10.55287/22275398_2022_4_73
  17. Carpinteri A., Brighenti R., Spagnoli A. Part-through cracks in pipes under cyclic bending. Nuclear Engineering and Design. 1998;185(1):1-14. https://doi.org/10.1016/S0029-5493(98)00189-7
  18. Carpinteri A., Brighenti R., Spagnoli A. Fatigue growth simulation of part-through flaws in thick-walled pipes under rotary bending. International Journal of Fatigue. 2000:22(1):1-9. https://doi.org/10.1016/S0142-1123(99)00115-2
  19. Musayev V.K. Mathematical Modeling of Explosive and Seismic Impacts on an Underground Structure. Power Technology and Engineering. 2024;57(6):875-881. https://doi.org/10.1007/s10749-024-01751-9
  20. Ghelichi R., Kamrin K. Modeling growth paths of interacting crack pairs in elastic media. Soft Matter. 2015;(11): 7995-8012. https://doi.org/10.1039/c5sm01376c
  21. Nikhamkin M., Ilinykh A. Low cycle fatigue and crack grow in powder nickel alloy under turbine disk wave form loading: Validation of damage accumulation model. Applied Mechanics and Materials. 2014;(467):312-316. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.467.312
  22. Wang Q., Ren J.Q., Wu Y.K., Jiang P., Sun Z.J., Liu X.T. Comparative study of crack growth behaviors of fullylamellar and bi-lamellar Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo alloy. Journal of Alloys and Compounds. 2019;789:249-255. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.02.302
  23. Kolesnikov Yu.V., Morozov E.M. Mechanics of contact failure. Moscow: LKI Publ.; 2007. (In Russ.) ISBN: 978- 5-382-00268-2
  24. Matvienko Y.G., Morozov E.M. Two basic approaches in a search of the crack propagation angle. Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures. 2017;40(8):1191-1200. https://doi.org/10.1111/ffe.12583
  25. Pook L.P. The linear elastic analysis of cracked bodies, crack paths and some practical crack path examples. Engineering Fracture Mechanics. 2016;167:2-19. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2016.02.055
  26. Dombrovskii Y.M., Stepanov M.S. Mechanisms of Intragrain Plastic Deformation in Steel Heating Process. Metal Science and Heat Treatment. 2024;(65):747-750. https://doi.org/10.1007/s11041-024-01000-w

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».