Finite and boundary element analysis of crack closure

• Autorzy: Holek Mateusz , Fedeliński Piotr

Warianty tytułu

PL

Metoda elementów skończonych i brzegowych w analizie zamykania pęknięć

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of this work is an analysis of contact pressure between crack surfaces and its influence on effective elastic properties of materials with randomly distributed cracks. The finite element method (FEM) and the boundary element methods (BEM) are applied to the numerical analysis of materials, and the results are compared. Three numerical results are presented. The accuracy of contact pressure obtained by numerical solutions is verified for a single inclined crack in an infinite plate subjected to compression by comparison with an analytical solution. The influence of angle between cracks and directions of compressive loading on contact pressure for a branched crack in a rectangular plate is studied. The effective Young moduli and Poisson ratios for a rectangular plate with randomly distributed cracks are computed. The plate contains intersecting cracks which are in contact when the plate is subjected to tension or compression.

PL

Celem pracy jest analiza sił kontaktowych między powierzchniami pęknięć i ich wpływu na zastępcze własności sprężyste materiałów z losowo rozmieszczonymi pęknięciami. Zastosowano metodę elementów skończonych (MES) i metodę elementów brzegowych (MEB) w analizie numerycznej materiałów i porównano wyniki obliczeń. Przedstawiono trzy przykłady numeryczne. Zbadano dokładność sił kontaktowych wyznaczonych metodami numerycznymi przez porównanie z rozwiązaniem analitycznym dla pojedynczego ukośnego pęknięcia w ściskanej nieskończonej tarczy. Badano wpływ kąta między pęknięciami i kierunków obciążenia ściskającego na siły kontaktowe rozgałęzionego pęknięcia w tarczy prostokątnej. Obliczono zastępcze moduły Younga i współczynniki Poissona prostokątnej tarczy z losowo rozmieszczonymi pęknięciami. Tarcza zawierała przecinające się pęknięcia, które stykają się, gdy tarcza jest rozciągana lub ściskana.

Słowa kluczowe

EN

crack; contact; effective properties; finite element method; boundary element method

PL

pęknięcie; kontakt; metoda elementów skończonych; metoda elementów brzegowych

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 20, No. 1
• Strony: 7--13
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys.

Twórcy

autor

Holek Mateusz

• Department of Computational Mechanics and Engineering, Silesian University of Technology, Konarskiego 18A, 44-100 Gliwice, Poland

autor

Fedeliński Piotr

• Department of Computational Mechanics and Engineering, Silesian University of Technology, Konarskiego 18A, 44-100 Gliwice, Poland

Bibliografia

• Aliabadi, M. H., 2002, The boundary element method, Vol. 2. Applications in solids and structures. John Wiley and Sons, Chichester.
• Dill, E.S., 2011, The finite element method for mechanics of solids with ANSYS applications, CRC Press/Taylor and Francis Group.
• Fedeliński, P., 2011, Analysis of representative volume elements with random microcracks. Chapter 17, in Computational Modelling and Advanced Simulation, Computational Methods in Applied Sciences 24, eds Murin, J., Kompiš, V., Kutiš, V., Springer Science+Business Media B.V., 333-341.
• Fedeliński, P., 2017, Effective properties of sintered materials with branched cracks, AIP Conf. Proc., 1922, 030008-1-8.
• Fedeliński, P., 2019a, Boundary element analysis of cracks under compression, AIP Conf. Proc. 2078, 020009-1-7.
• Fedeliński, P. (Ed.), Dziatkiewicz, G., Fedeliński, P., Poteralski, A., Ptaszny, J., 2019b, Computer analysis and optimization of materials with complex properties and microstructures, Silesian University of Technology Press, Gliwice.
• Kachanov, M., 1992, Effective elastic properties of cracked solids: critical review of some basic concepts, Appl. Mech. Rev., 45, 304-335.
• Lee S.S., 1996, Analysis of crack closure problem using the dual boundary element method, Int. J. Frac., 77, 323-336.
• Melville, P.H., 1977, Crack propagation and crack arrest in stress gradients, Int. J. Frac., 13, 165-181.
• Nemat-Nasser, S., Hori, M., 1999, Micromechanics: Overall properties of heterogeneous materials, Elsevier.
• Phan, A.-V., Napier, J.A.L., Gray, L.J., Kaplan, T., 2003, Stress intensity factor analysis of friction sliding at discontinuity interfaces and junctions, Comput. Mech., 32, 392-400.
• Portela, A., Aliabadi, M.H., Rooke, D. P., 1992, The dual boundary element method: effective implementation for crack problems, Int. J. Num. Meth. Engnr., 33, 1269-1287.
• Sevostianov, I., Picazo, M., Garcia, J. R., 2011, Effect of branched cracks on the elastic compliance of a material, Int. J. Engnr. Sc., 49, 1062-1077.
• Tuhkuri, J., 1997, Dual boundary element analysis of closed cracks, Int. J. Numer. Meth. Engnr., 40, 2995-3014.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).