A Fracture Criterion with Biaxial Constraints of Deformations along the Front of a Normal Rupture Crack

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

In this article, a new fracture criterion is formulated for a normal rupture crack, the most common in practice, based on the assumption that the tangential stresses in the prefracture zone are equal to the local strength of the material. In this case, the size of the prefracture area and the local strength are determined taking into account the nonsingular Тхx and Тzz stresses included in the asymptotic stress distribution according to Williams and characterizing the two-dimensional local constraint of deformation along the crack front in three-dimensional bodies. An expression for the effective stress intensity factor is obtained. In addition to the classical stress intensity factor, it includes the ratios of the Тxx and Тzz stresses to the yield strength. This makes it possible to take into account the restriction of deformations in the transverse (due to Тxx stresses) and longitudinal (due to Тzz stresses) directions in the vicinity of the crack front. Verification of the developed software tools and the proposed fracture criterion has been carried out. Examples of the implementation of the developed criterion for assessing crack resistance of a plate stretched in one or two directions with a coaxial transverse crack are given.

About the authors

A. M. Pokrovskii

Bauman Moscow State Technical University

Email: pokrovsky@bmstu.ru
Moscow, Russia

Yu. G. Matvienko

Mechanical Engineering Research Institute of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: pokrovsky@bmstu.ru
Moscow, Russia

References

  1. Черепанов Г.В. Механика разрушения. М.: Регулярная и хаотическая динамика, Институт компьютерных исследований, 2012. 872 с.
  2. Добровольский Д.С. Критерии трещиностойкости нелинейной механики разрушения конструкций // Интеллектуальные системы в производстве. 2017. Т. 15. № 2. С. 23.
  3. Вовк Л.П., Кисель Е.С. Моделирование распространения полуэллиптической продольной трещины на внешней поверхности полого цилиндра // Журнал теоретической и прикладной механики. 2021. № 1 (74). С. 5.
  4. Матвиенко Ю.Г. Двухпараметрическая механика разрушения. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2020. 208 с.
  5. Williams M.L. On the Stress Distribution at the Base of a Stationary Crack // Journal of Applied Mechanics. 1957. V. 24 (1). P. 109.
  6. Покровский А.М., Матвиенко Ю.Г., Егранов М.П. Использование двухпараметрического критерия для прогнозирования траектории роста сквозной трещины в сжатом диске // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2022. № 5. С. 43.
  7. Степанова Л.В. Экспериментальное и конечно-элементное определение коэффициентов асимптотического разложения М. Уильямса у вершины трещины в линейно-упругом изотропном материале. Часть II // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2021. № 1. С. 72.
  8. Степанова Л.В. Влияние высших приближений в асимптотическом разложении М. Уильямса поля напряжений на описание напряженно-деформированного состояния у вершины трещины. Часть I // Вестник Самарского университета. Естественнонаучная серия. 2021. Т. 27. № 4. С. 30.
  9. Nakamura T., Parks D.M. Determination of elastic T-stress along three-dimensional crack front an interaction integral // Int. J. Solid Struct.1992. V. 29. P. 1597.
  10. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. 544 с.
  11. Партон В.З., Морозов Е.М. Механика упругопластического разрушения. Основы механики разрушения. М.: Издательство ЛКИ, 2008. 352 с.
  12. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975. 541 с.
  13. Henning S., Kianoush M.-A. On the full set of elastic T-stress terms of integral circular cracks under mixed-mode loading conditions // Eng. Fract. Mech. 2007. V. 74. P. 2770.
  14. Справочник по коэффициентам интенсивности напряжений: В 2-х томах. Т. 1: Пер. с англ. / Под ред. Ю. Мураками. М.: Мир, 1990. 448 с.
  15. Orange T.W., Sullivan T.L., Calfo F.D. Fracture of thin sections containing through and part through cracks. Nasa TN D-6305, 1971. 22 p.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (36KB)
3.

Download (20KB)
4.

Download (49KB)
5.

Download (35KB)
6.

Download (33KB)

Copyright (c) 2023 А.М. Покровский, Ю.Г. Матвиенко

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies