The methods for determining the CTOD at crack initiation

• Autorzy: Dzioba I. , Furmańczyk P. , Lipiec S.

Identyfikatory

DOI

0.15199/28.2018.3.5

Warianty tytułu

PL

Metody wyznaczania rozwarcia wierzchołka CTOD podczas inicjacji pęknięcia

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The crack tip opening displacement (CTOD), just like J integral, is a parameter characterising the fracture toughness of materials. The CTOD values are typically determined at subcritical crack initiation, δTi, or at 0.2 mm subcritical crack extension, δTC. The procedure for measuring δTC is described in detail in ASTM 1820. Measuring δTi is far more complicated and requires specialised apparatus and trained operators. The aim of this study was to assess the capability of different methods used for determining the value of δTi. The results from the experiments were compared with those from numerical calculations, obtaining good agreement between δTi data determined by the methods applied. The CTOD was measured on SENB (single-edge-notch-bend) specimens made of S355JR steel subjected to laboratory based heat treatment. The tests were performed at temperature in the range –80°C to 20°C, which allowed assessing the impact of reduced temperature on the δTi level.

PL

Rozwarcie wierzchołka pęknięcia, podobnie jak całka J, charakteryzuje odporność materiału na pękanie. Wartości rozwarcia pęknięcia wyznacza się podczas inicjacji pęknięcia podkrytycznego, δTi, lub po osiągnięciu przez pęknięcie podkrytyczne przyrostu 0.2 mm, δTC. Procedura wyznaczania δTC jest szczegółowo opisana w normie ASTM 1820. Wyznaczanie wartości δTi jest bardziej skomplikowane, wymaga specjalistycznego sprzętu i wykwalifikowanego personelu. W artykule przedstawiono kilka metod wyznaczania δTi. Wartości uzyskane za pomocą metod eksperymentalnych porównano z rezultatami obliczeń numerycznych. Uzyskano dobrą zgodność wyników δTi wyznaczanych za pomocą różnych metod. Rozwarcie wierzchołka pęknięcia wyznaczano na próbkach SENB (single-edge-notched-bend) wykonanych ze stali S355JR poddanej laboratoryjnej obróbce cieplnej. Badania przeprowadzono w zakresie temperatury od –80°C do 20°C, co pozwoliło określić wpływ niskiej temperatury na δTi.

Słowa kluczowe

EN

crack tip opening displacement; fracture toughness; S355JR steel

PL

rozwarcie wierzchołka pęknięcia; charakterystyki odporności na pękanie; stal S355JR

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 39, nr 3
• Strony: 116--121
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Dzioba I.

• Department of Machine Design, Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, Kielce University of Technology

autor

Furmańczyk P.

• Department of Metal Science and Manufacturing Processes, Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, Kielce University of Technology

autor

Lipiec S.

• Department of Machine Design, Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, Kielce University of Technology

Bibliografia

• [1] Anderson T. L.: Fracture mechanics. Taylor&Francis Group, New York (2008).
• [2] ASTM E1820–17: Standard test method for measurement of fracture toughness. ASTM International West Conshohocken, PA (2017).
• [3] Shih C. F.: Relationships between the J-integral and the crack opening displacement for stationary and extending cracks. Journal of the Mechanics and Physics of Solids 29 (1981) 305÷326.
• [4] Guo W. L.: Elastoplastic three dimensional crack border field—III. Fracture parameters. Engineering Fracture Mechanics 51 (1995) 51÷71.
• [5] JSME S 001–81: Standard method of test for elastic-plastic fracture toughness. JSME Standard (1981).
• [6] ISO 12135:2002: Metallic materials – Unified method of test for the determination of quasistatic fracture toughness. (2002).
• [7] ESIS Procedure for determining the fracture behaviour of materials. ESIS P2-92 (1992). Appendix 4. s.A4.1÷A4.6.
• [8] Schwalbe K. H., Landes J. D., Heerens J.: Classical fracture mechanics methods. GKSS 2007/14.2007.
• [9] Dobrzanski L. A.: Material science lexicon. Verlag Dashofer, Warszawa (1999).
• [10] Xueda L., Xiaoping M., Subramanian S. V., Misra R. D. K., Shang Ch.: Structure-property-fracture mechanism correlation in heat-affected zone of X100 ferrite-bainite pipeline steel. Metallurgical and Materials Transactions 2 (2015) 1÷11.
• [11] Dzioba I.: Properties of 13KHMF steel after operation and degradation under the laboratory conditions. Materials Science 46 (3) (2010) 357÷364.
• [12] Boumerzoug Z., Derfouf Ch., Baudin T.: Effect of welding on microstructure and mechanical properties of an industrial low carbon steel. Scientific Research Engineering 2 (2010) 502÷506.
• [13] ASTM E8: Standard test method for tension testing of metallic materials. ASTM International West Conshohocken, PA (2003).
• [14] Abaqus 6.12. Getting Started with Abaqus, Interactive Edition.
• [15] https://imagej.nih.gov/ij/ (15.07.2017).
• [16] Dzioba I., Furmanczyk P.: Determination of critical values fracture toughness Ji based measurement of the stretch zone width. Selected Problems in Mechatronics and Material Engineering 1 (2016) 110÷123.
• [17] Dzioba I., Lipiec S., Furmanczyk P., Pala R.: Investigation of fracture process of S355JR steel in transition region using metallographic and fractographic tests and numerical analysis. Acta Mechanica et Automatica (accepted to print in 2018).
• [18] Bao Y., Wierzbicki T.: On fracture locus in the equivalent strain and stress triaxiality space. International Journal of Mechanical Science 46 (2004) 81÷98.
• [19] Bai Y., Wierzbicki T.: A new model plasticity and fracture with pressure and Lode dependence. International Journal of Plasticity 24 (2008) 1071÷1096.
• [20] Neimitz A., Galkiewicz J., Dzioba I.: Calibration of constitutive equations under conditions of large strains and stress triaxiality. Archives of Civil and Mechanical Engineering18 (2017) 1123÷1135.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).