The Two-Parameter Fracture Criterion Taking into Account Two-Dimensional Deformation Constraints at the Front of a Mixed-Type 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 for a mixed-type crack (type I + type II) is proposed. It is based on the assumption that the maximum tangential stresses in the prefracture region 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 nonsingular Тхx and Тzz stresses included in the expansion of the Williams stress function. The use of Тхx and Тzz stresses in the calculations allows one to describe the two-dimensional local constraint of the deformation along the crack front in three-dimensional bodies. In addition to KI and KII, the expression for the effective stress intensity factor (SIF) includes the ratios of the Тхx and Тzz stresses to the yield strength. This makes it possible to take into account the constraint of deformations in the transverse and longitudinal directions of the crack front, respectively. An example of the implementation of the developed criterion in relation to the determination of the fracture load of a tensile-stressed plate with a through inclined crack is given. Dependences of the Тxx and Тzz stresses on the plate thickness are presented for various crack slopes and plate thicknesses. It is shown that an increase in the plate thickness and a decrease in the crack slope lead to a decrease in the fracture load.

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 (IMASH RAN)

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

References

  1. Erdogan F., Sih G.C. On the Crack Extension in Plates under Plane Loading and Transverse Shear // Journal of Basic Engineering. 1963. V. 85 (4). P. 519.
  2. Черепанов Г.В. Механика разрушения. М.: Изд-во: Регулярная и хаотическая динамика, Институт компьютерных исследований, 2012. 872 с.
  3. Williams M.L. On the Stress Distribution at the Base of a Stationary Crack // Journal of Applied Mechanics. 1957. V. 24 (1). P. 109.
  4. Матвиенко Ю.Г. Двухпараметрическая механика разрушения. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2020. 208 с.
  5. Belova O.N., Stepanova L.V. Cofficients of the Williams power expansion of the near crack tip stress field in continuum linear elastic fracture mechanics at the nanoscale // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. 2022. T. 119. 103298.
  6. Stepanova L.V., Belova O.N. Stress intensity factors, T-stresses and higher order coefficients of the Williams series expansion and their evaluation through molecular dynamics simulations // Mechanics of Advanced Materials and Structures. 2022. V. 30 (15). P. 1. https://doi.org/10.1080/15376494.2022.2084800
  7. Aliha M.R.M., Ayatollahi M.R., Smith D.J., Pavier M.J. Geometry and size effects on fracture trajectory in a limestone rock under mixed mode loading // Eng. Fract. Mech. 2010. V. 77. P. 2200.
  8. 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.
  9. Покровский А.М., Матвиенко Ю.Г. Критерий разрушения, учитывающий двухосное стеснение деформаций по фронту трещины нормального отрыва // Проблемы машиностроения и надёжности машин. 2023. № 4. С. 34.
  10. Партон В.З., Морозов Е.М. Механика упругопластического разрушения. Основы механики разрушения. М.: Изд-во ЛКИ, 2008. 352 с.
  11. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. 544 с.
  12. Справочник по коэффициентам интенсивнорсти напряжений: В 2-х томах. Т. 1: Пер. с англ. / Под ред. Ю. Мураками. М.: Мир, 1990. 448 с.
  13. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975. 541 с.
  14. Морозов Е.М., Муземнек А.Ю., Шадский А.С. ANSYS в руках инженера: Механика разрушения. М.: ЛЕНАНД, 2008. 456 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (36KB)
3.

Download (58KB)
4.

Download (15KB)
5.

Download (18KB)
6.

Download (25KB)
7.

Download (23KB)

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

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».