Geometric constraints on fatigue crack paths in tubular welded joints.

• Autorzy: Pook L.P.

Warianty tytułu

PL

Więzy geometryczne dla rozwoju pęknięć zmęczeniowych w spawanych złączach rur.

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The complete solution of the problem of long Stage II fatigue crack growing in a metallic material includes determination of the crack path. Macroscopic aspects of the main features of the crack path are reasonably well understood in a qualitative sense. On a macroscopic scale it is a matter of observation that cracks tend to grow in Mode I. Geometric constraints may confine a crack to a particular path, and this sometimes leads to mixed mode fatigue crack growth. In a tubular welded joint fatigue crack growth is sometimes observed. Description of a crack path in three dimensions requires describtion of the surface followed by the crack (crack growth surface), and also of a family of lines on this surface which defines successive position of the crack front. In general Mode I crack growth surface are curved, and there are then geometric constraints on permissible crack from families. Theoretical prediction of crack paths in three dimensions is not well understood, and in practice fatigue crack paths in structures are usually determined by large scale structural tests. General features of fatigue crack paths in tubular welded joints are discussed from a theoretical viewpoint. It is concluded that further work is needed if the prediction of crack paths in tubular welded joints is to be put on a firm theoretical basis.

PL

Pełne rozwiązanie problemu rozwoju pęknięć zmęczeniowych w metalach zawiera wyznaczenie ścieżki rozwoju pęknięcia. Względnie dobrze wyjaśnione są w sensie jakościowym makroskopowe aspekty głównych cech rozwoju ścieżki pęknięcia. W skali makroskopowej obserwacje wskazują, że pęknięcia mają tendencje do wzrostu wg Modu I. Więzy geometryczne mogą ograniczać swobodę rozwoju pęknięcia, co prowadzi do wzrostu wg modów mieszanych. W połączeniach spawanych rur, rozwój pęknięć zmęczeniowych ogranicza się zwykle do obszaru spoin i często są obserwowane przypadki rozwoju pęknięć wg modów mieszanych. Trójwymiarowy opis pęknięcia wymaga opisu powierzchni, w której następuje rozwój pęknięcia oraz rodziny linii na tej powierzchni, które określają kolejne pozycje frontu szczeliny. Pęknięcia rozwijane wg Modu I mają postać powierzchni zakrzywionych i istnieją geometryczne ograniczenia na dopuszczalne formy frontów pęknięć. Przewidywanie na drodze teoretycznej rozwoju szczelin w przestrzeni trójwymiarowej nie jest obecnie możliwe i w praktyce scieżki rozwoju szczelin w konstrukcjach są zwykle wyznaczone na drodze eksperymentów prowadzonych w dużej skali. Ogólne cechy rozwoju ścieżek zmęczeniowych w złączach spawanych rur są w pracy dyskutowane z punktu widzenia teorii. Konkluzja mówi, że jeśli przewidywanie ścieżek rozwoju pęknięć w złączach spawanych rur ma być oparte na mocnych teoretycznych zasadach, to niezbędne są dalsze prace w tym kierunku.

Słowa kluczowe

EN

fatigue crack growth; crack path; welded joints; differential geometry

PL

pęknięcie zmęczeniowe; ścieżka pęknięcia; połączenie spawane; geometria różniczkowa

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 1998
• Tom: vol. XLV, nr 2
• Strony: 144--156

Twórcy

autor

Pook L.P.

• University College London, United Kingdom, Department of Mechanical Engineering

Bibliografia

• [1] Pook L.P.: The role of crack growth in metal fatigue. London' Metals Society, 1983.
• [2] Pook L.P.: Mixed mode fatigue crack propagation. Carpinteri A (Ed). Handbook of fatigue crack propagation in metallic structures. Amsterdam, Elsevier Science BV, 1994, Vol. 2, pp. 1027-1071.
• [3] Dover W.D., Dharmavasan S., Brennan F.P. and Marsh K.J. (Eds).: Fatigue crack growth in offshore structures. Solihull, Engineering Materials Advisory Services Ltd, 1996.
• [4] Pook L.P.: Determination of fatigue crack paths. Int. J. Bifurcation and Chaos, 1997, Vol. 7, No. 2, pp. 469-475.
• [5] Kreysig E.: Differential geometry. Toronto, University of Toronto Press, 1963.
• [6] Hilborn R.C.: Chaos and nonlinear dynamics. An introduction for scientists and engineers. Oxford, Oxford University Press, 1994.
• [7] Hull D.: Tilting cracks: the evolution of fracture surface topography in brittle solids. Int. J. Fract., 1993, Vol. 62 No. 2, pp. 119-138.
• [8] Mahmoud M.A.: Surface fatigue crack growth under combined tension and bending. Eng. fract. Mech., 1990, Vol. 36, No. 3, pp. 389-395.
• [9] Barenblatt G.I., Botvina L.R.: Self-oscillatory modes of fatigue fracture and the formation of self-similar structures at the fracture surface. Proc. Roy. Soc. Lond. A., 1993, Vol. 442, No. 1915, pp. 489-494.
• [10] Vinas-Pich J., Kam J.C.P., Dover W.D.: Variable amplitude corrosion fatigue of tubular welded Y-joints under out of plane bending. Dover W.D., Dharmavasan S., Brennan F.P. and Marsh K.J. (Eds). Fatigue crack growth in offshore structures. Solihull, Engineering Materials Advisory Services Ltd, 1996, pp. 107-145.
• [11] Smith A.T., Dover W.D., McDiarmid D.L.: Corrosion fatigue of API 5L X85 grade welded tubular joints with applied cathodic protection of -1000mV. Dover W.D., Dharmavasan S., Brennan F.P. and Marsh K.J. (Eds). Fatigue crack growth in offshore structures. Solihull, Engineering Materials Advisory Services Ltd, 1996, pp. 231-301.
• [12] Erdogan F.: Stress intensity factors. J. appl. Mech., 1983, Vol. 50, No. 4b, pp. 992-1002.
• [13] Pook L.P.: Some implications of corner point singularities. Eng. fract. Mech., 1994, Vol. 48, No. 3, pp. 367-378.
• [14] Bazant Z.P., Estenssoro L.F.: Surface singularity and crack propagation. Int. J. Solids. Struct., 1979, Vol. 15, No. 15, pp. 405-426.
• [15] Pook L.P.: Approximation of mixed mode stress intensity factors for part-through cracks in tubular welded joints. Salama M.M., Toyoda M., Liu S., Dos Santos J.F. and Williams J. (Eds). Proc. 12th Int. Conf. on Offshore Mechanics and Arctic Engineering, Glasgow, 20-24 June 1993. New York, American Society of Mechanical Engineers, 1993, Vol. IIIB, pp. 803-807.
• [16] Smith R.A., Cooper J.F.: A finite element model for the shape development of irregular planar cracks. Int. J. Pres. Ves. & Piping, 1989, Vol. 36, No. 4, pp. 315-326.
• [17] Cotterell B.: Notes on the paths and stability of cracks. Int. J. fract. Mech., 1966. Vol. 2, No. 3, pp. 526-533.
• [18] Sumi Y., Nemat-Nasser S., Keer L.M.: On crack path stability in a finite body. Eng. Fract. Mech., 1985, Vol. 22, No. 5, pp. 759-771.
• [19] Broberg K.B.: On crack paths. Eng. fract. Mech., 1987, Vol. 28, No. 5/6, pp. 663-679.
• [20] Portela A.: Dual boundary element analysis of crack paths. Southampton, Computational Mechanics Publications, 1993.
• [21] Pook L.P.: Keyword scheme for a computer based bibliography of stress intensity factor solutions. NEL Report 704. East Kilbride, Glasgow, National Engineering Laboratory, 1986.
• [22] Linnig W.: Some aspects of the prediction of fatigue crack paths. Rossmanith H.P. and Miller K.J. (Eds). Mixed mode fracture and fatigue. London, Mechanical Engineering Publications, 1993, pp. 201-215.
• [23] Pook L.P.: Comments on fatigue crack growth under mixed Modes I and III and pure Mode III loading. Miller K.J. and Brown M.W. (Eds). Multiaxial fatigue. ASTM STP 853. Philadelphia, PA: American Society for Testing and Materials, 1985, pp. 249-263.