Determination of the fracture toughness parameters of quasi-brittle materials using cylindrical samples

• Autorzy: Kosior-Kazberuk M. , Kazberuk A.

Warianty tytułu

PL

Oznaczanie parametrów odporności na pękanie materiałów quasi-kruchych na próbkach cylindrycznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A method of determination of the critical stress intensity factor for brittle and quasi-brittle materials (ceramics, cement based materials) is proposed. In the approach proposed the process of sample fracture develops from the vertex of a V-shaped notch, in contrast to standard methods, where the fracture process starts from a crack tip. For the compressed cylindrical sample with central diamond-shaped hole, the stress intensity factors were calculated for an arbitrary vertex angle. The critical values of SIF were obtained by considering a deformation fracture criterion based on the Dugdale model of failure with the assumption that the fracture process zone starts from the notch vertex. The approach presented can be applied to the analysis of the fracture process in the vicinity of stress concentrators such as sharp and round notches formed in the sample.

PL

Zaproponowano metodę oznaczania współczynnika krytycznej intensywności naprężeń w przypadku materiałów kruchych i quasi-kruchych (ceramika, materiały na bazie cementu). W zaproponowanym podejściu proces pękania próbki rozwija się od wierzchołka karbu w kształcie V w przeciwieństwie do metod standardowych, w których proces pękania rozpoczyna się na wierzchołku pęknięcia. W przypadku ściskanej próbki cylindrycznej zawierającej otwór w kształcie diamentu współczynniki intensywności naprężeń (SIF) zostały obliczone dla arbitralnie przyjętego kąta wierzchołkowego. Wartości krytyczne SIF uzyskano przyjmując kryterium pękania dla deformacji opartej na modelu Dugdale’a przy założeniu, że strefa pękania rozpoczyna się od wierzchołka karbu. Zaprezentowane podejście można zastosować do analizy procesu pękania w sąsiedztwie koncentratorów naprężeń takich jak ostre i zaokrąglone karby utworzone w próbce.

Słowa kluczowe

EN

fracture mechanics; stress intensity factor; V-notch; stress concentration; fracture testing

PL

mechanika pękania; współczynnik intensywności naprężeń; karb w kształcie V; koncentracja naprężeń; badanie pękania

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2010
• Tom: T. 62, nr 3
• Strony: 244--248
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Kosior-Kazberuk M.

autor

Kazberuk A.

• Bialystok Technical University, Faculty of Civil Engineering and Environmental Engineering, Białystok, Poland,

Bibliografia

• [1] Brandt A.M.: „Badania doświadczalne w mechanice zniszczenia kompozytów o matrycach cementowych”, Prace IPPT PAN, 29, Warszawa, (1979) (in Polish).
• [2] Comprehensive Structural Integrity, Milne, I., Ritchie, R. O., Karihaloo, B. eds., v. 2, Fundamental Theories and Mechanisms of Failure, Elsevier (2003).
• [3] Gogotsi G.A.: „Fracture toughness of ceramics and ceramic composites”, Ceramics International, 29, (2003), 777-784.
• [4] Atahan H.N., Tasdemir M.A., Tasdemir C., Ozyurt N., Akyuz S.: „Mode I and mixed mode fracture studies in brittle materials using the Brazilian disc specimen”, Materials and Structures, 38, (2005), 305-312.
• [5] Golewski G., Sadowski, T.: „Model kruchych uszkodzeń betonu”, Materiały budowlane, 2 ,(2006), 11-14 (in Polish).
• [6] Gomez F.J., Elices M.: „Fracture loads for ceramic samples with rounded notches”, Engineering Fracture Mechanics, 73, (2006), 880-894.
• [7] Picard D., Leguillon D., Putot C.: „A method to estimate the influence of the notch-root radius on the fracture toughness measurement of ceramics”, J. Eur. Ceram. Soc., 26 (2006), 1421-1427.
• [8] Savruk M.P., Zavodovs'kyi A.M, Panasyuk V.E., Bida N.M.: „Deformation fracture criterion for bodies with V-notches under symmetric loading”, Mater. Sci., 39, 2, (2003), 185-196.
• [9] Dugdale D.S.: „Yielding of steel sheets containing slits”, J. Mech. Phys. Solids, 8, 2, (1960), 100–104.
• [10] Noda N.-A., Oda K., Inoue T.: „Analysis of newly-defined stress intensity factors for angular corners using singular integral equations of the body force method”, Int. J. Fract., 76, (1996), 243-261.
• [11] Savruk M.P.: „Koèfficienty intensivnosti naprâženij v telah s treŝinami”, Meh. razrušeniâ i pročnost’ materialov. Sprav. posobie pod red. V.V.Panasǔka, t. 2, Nauk. Dumka, Kiev, (1988).
• [12] Benthem J.P.: „Stresses in the region of rounded corners”, Int. J. Solids Struct., 23, (1987), 239-252.
• [13] Savruk M.P., Kazberuk A.: „Fracture mechanics problems for solids with V-shaped notches”, Mater. Sci., 45, 2, (2009), 23-39.
• [14] Savruk M.P., Kazberuk A.: „Relationship between the stress intensity and stress concentration factors for sharp and rounded notches”, Mater. Sci., 42, (2006), 725-738.
• [15] Creager М., Paris P.С.: „Elastic field equations for blunt cracks with reference to stress corrosion cracking”, Int. J. Fract. Mech., 3, (1967), 247-252.
• [16] Neuber H.: „Die halbelliptische Kerbe mit Riss als Beispiel zur Korrelation von Mikro- und Makrospannungskonzentrationen”, Ing.-Arch., 46, (1977), 389-399.
• [17] Lazzarin P., Tovo R.: „A unified approach to the evaluation of linear elastic stress field in the neighborhood of crack and notches”, Int. J. Fract., 78, (1996), 3-19.
• [18] Savruk M.P., Kazberuk A.: „A unified approach to problems of stress concentration near V-shaped notches with sharp and rounded tip”, Int. Appl. Mech., 43, 2, (2007), 182-196.
• [19] Savruk M.P.: „Dvumernye zadači uprugosti dlâ tel s treŝinami”, Nauk. Dumka, Kiev, (1981).
• [20] Muskhelishvili N.I.: „Some Basic Problems of the Mathematical Theory of Elasticity”, Springer, (2003).
• [21] Savruk M.P., Osiv P.N., Prokopčuk I.V.: „Ĉislennyj analiz v ploskih zadačah teorii treŝin”, Nauk. dumka, Kiev, (1989).
• [22] Seweryn A., Lukaszewicz A.: „Verification of brittle fracture criteria for elements with V-shaped notches”, Eng. Fract. Mech., 69, (2002), 1487-1510.
• [23] Tasdemir M.A., Karihaloo B.L.: „Effect of aggregate volume fraction on the fracture parameters of concrete: a meso-mechanical approach”, Magazine of Concrete Research, 53, 6, (2001), 405-415.