Is It Possible to Determine the Whole Crack Path at Once?

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

A brief review of crack path calculation methods using integral principles of mechanics is presented. In twodimensional setting, a crack is considered as a geodesic line on the surface of a body with a metric that depends on the initial stress state. The possibility of approximate determination of crack path on the basis of integral principles is illustrated on a number of problems. In particular, crack paths in a half-plane under uniformly distributed load applied on its edge are determined. The calculations include the stress state of the half-plane taken from the solution for a body without a crack. The fruitfulness of the representation of displacements of crack edges using the Winkler’s hypothesis is shown. To study the subcritical behavior of the crack, the concept of cracon, a quasi-particle simulating the motion of the crack tip, can be introduced. The problem of determining the crack path on the basis of integral principles of mechanics is insufficiently investigated and requires further research.

About the authors

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 Professor of the Department of Density Physics

Moscow, Russia

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

References

  1. Xu S., Reinhardt H.W. Determination of double-K criterion for crack propagation in quasi-brittle fracture, Part I: Experimental investigation of crack propagation. International Journal of Fracture. 1999;98(2):111-149. https://doi.org/10.1023/A:1018668929989
  2. Sedov L.I. Continuum mechanics. St. Petersburg: Lan Publ.; 2004. (In Russ.) EDN: QJMTCB
  3. Elices M., Guinea G.V., Gomez J., Planas J. The cohesive zone model: advantages, limitations and challenges. Engineering Fracture Mechanics. 2002;69(2):137-163. EDN: ASFTOD
  4. Schapery R.A. A theory of viscoelastic crack growth: revisited. International Journal of Fracture. 2022;233:1-16. https://doi.org/10.1007/s10704-021-00605-z
  5. 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
  6. Komarov O.N., Sevastyanov G.M., Abashkin E.E., Khudyakova V.A. Shift of a Spherical Layer Under High Pressures. Metallurgist.2023;67:801-813. https://doi.org/10.1007/s11015-023-01568-3
  7. 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(15);1524-1531. https://doi.org/10.1134/S0020168523150074
  8. Mahutov N.A., Morozov E.M., Gadenin M.M., Reznikov D.O., Yudina O.N. Coupled thermo-mechanical analysis of stress-strain response and limit states of structural materials taking into account the cyclic properties of steel and stress concentration. Continuum Mechanics and Thermodynamics. 2023;35:1535-1545. https://doi.org/10.1007/s00161-022-01160-1
  9. Morozov E.M., Alymov M.I. Fracture Pressure in Microdefects of Consolidated Materials. Doklady Physical Chemistry. 2021;501:111-113. https://doi.org/10.1134/S0012501621110026
  10. 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
  11. 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
  12. Morozov E.M., Alymov M.I. Fracture Pressure in Microdefects of Consolidated Materials. Doklady Physical Chemistry. 2021;501(1):111-113. https://doi.org/10.1134/S0012501621110026
  13. Kurbanmagomedov A.K. Crack of the normal gap in the elastic layer. Bulletin of the Yakovlev chuvash state pedagogical university series: Mechanics of limit state. 2017;(1):96-104. (In Russ.) EDN: ZGIEKB
  14. Kolesnikov Yu.V., Morozov E.M. Mechanics of contact failure. Moscow: Nauka Publ.; 2012. (In Russ.)
  15. 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):73-86. (In Russ.) https://doi.org/10.55287/22275398_2022_4_73
  16. Kurbanmagomedov A., Radzhabov Z., Okolnikova G. Investigation of Normal Fracture Cracks in an Infinite Elastic Medium. In: Guda, A. (eds) Networked Control Systems for Connected and Automated Vehicles. NN 2022. Lecture Notes in Networks and Systems. Springer, Cham. 2022;509. https://doi.org/10.1007/978-3-031-11058-0_142
  17. 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
  18. Yablonsky A.A., Nikiforova V.M. Course of theoretical mechanics. Moscow: KnoRus Publ.; 2011. (In Russ.) EDN: QJYXKR
  19. Hou J.-P., Wang Q., Yang H.-J., Wu X.-M., Li Ch.H., Zhang Zh.-F., Li X.W. Fatigue and Fracture behavior of a Cold-Drawn Commercially pure aluminum wire. Materials. 2016;9(9):764. https://doi.org/10.3390/ma9090764
  20. 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
  21. Sadananda K., Babu M.N., Vasudevan A.K. A review of fatigue crack growth resistance in the short crack growth regime. Materials Science and Engineering: A. 2019;754:674-701. https://doi.org/10.1016/j.msea.2019.03.102
  22. Mall S., Perel V.Y. Crack growth behavior under biaxial fatigue with phase difference. International Journal of Fatigue. 2015;74:166-172. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2015.01.005
  23. Berto F., Ayatollahi M.R., Borsato T., Ferro P. Local strain energy density to predict size-dependent brittle fracture of cracked specimens under mixed mode loading. Theoretical and Applied Fracture Mechanics. 2016;86(Part B): 217-224. https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2016.07.004
  24. Kaminsky A.A., Kurchakov E.E. Fracture Process Zone at the Tip of a Mode I Crack in a Nonlinear Elastic Orthotropic Material. International Applied Mechanics. 2019;55(1):23-40. https://doi.org/10.1007/s10778-019-00931-9
  25. Tumanov A.V., Shlyannikov V.N., Zakharov A.P. Crack growth rate prediction based on damage accumulation functions for creep-fatigue interaction. Fracture and Structural Integrity. 2020;14(52):299-309. https://doi.org/10.3221/IGF-ESIS.52.23
  26. 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
  27. Musayev V.K. Mathematical Modeling of Stresses Under Unsteady Wave Action in Geo-Objects. Power Technology and Engineering. 2023;57(3):351-364. https://doi.org/10.1007/s10749-023-01668-9
  28. Stepanova L.V., Roslyakov P.S. Multi-parameter description of the crack-tip stress field: analytic determination of coefficients of crack-tip stress expansions in the vicinity of the crack tips of two finite cracks in an infinite plane medium. International Journal of Solids and Structures. 2016;100-101:11-28. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2016.06.032
  29. Xu S., Xiong L., Deng Q., McDowell D.L. Mesh refinement schemes for the concurrent atomistic-continuum method. International Journal of Solids and Structure. 2016;90:144-152. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2016.03.030
  30. 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
  31. 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
  32. 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
  33. Astafyev V.I., Radaev Yu.N., Stepanova L.V. Nonlinear mechanics of destruction. Samara: Samara National Research University named after Academician S.P. Krolev. 2001. (In Russ.) EDN: XDVQPF

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

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».