The Evaluation of Resistance to Cracking in Structural Steels with the Use of the ASPEF Method

• Autorzy: Bogucki R.

Warianty tytułu

PL

Ocena odporności na pękanie stali konstrukcyjnych metodą ASPEF

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the results of research on fracture toughness defined by destruction mechanics conventional methods and the non-conventional ASPEF method for three different types of low-carbon structural steel. Classical techniques of fracture toughness evaluation, such as the KIc (stress intensity factor limit for Mode I) determined in a plane strain, Rice’s J-integral JIc and the critical value of the crack-tip opening displacement CTOD, are intricate methods which require up-to-date testing machines and sensors. The procedure of specimen preparation, which requires the introduction of a fatigue precrack of an appropriate length and the even front of its development along the whole thickness of the specimen, presents an additional difficulty. The ASPEF methods is free from these disadvantages. The methods uses cylindrical specimens with a notch characterized by different notch bottom radii. It enables the estimation of the critical value of Rice’s J-integral JIc. There was a high degree of consistency observed for all the materials analysed. In the case of the W1 steel, the JIc determined by Rice’s J-integral was equal to 100 N/mm, and that determined with the use of the ASPEF method was equal to 88 N/mm; in the W2 steel 141 N/mm and 148 N/mm – respectively. For the W3 steel the JIc was determined on the basis of (...) and it was equal to 126 N/mm and 103 N/mm in the ASPEF sample.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań odporności na pękanie określone konwencjonalnymi metodami mechaniki zniszczenia oraz niekonwencjonalną metodą ASPEF dla trzech różnych gatunków niskowęglowych stali konstrukcyjnych. Klasyczne techniki oceny odporności na pękanie takie jak krytyczny współczynnik intensywności naprężeń KIc wyznaczany w płaskim stanie odkształcenia, całka Rice'a JIc oraz krytyczna wartość rozwarcia karbu CTOD są metodami skomplikowanymi, wymagającymi nowoczesnych maszyn wytrzymałościowych oraz czujników. Dodatkowym utrudnieniem jest procedura przygotowania próbek, gdzie konieczne jest wprowadzenie szczeliny zmęczeniowej o odpowiedniej długości i równym froncie jej rozwoju na całej grubości próbki. Wad tych pozbawiona jest metoda ASPEF, w której wykorzystuje się próbki walcowe z karbem o różnych promieniach zaokrąglenia dna karbu i umożliwia oszacowanie krytycznej wartości całki Rice'a JIc. Dla wszystkich analizowanych materiałów uzyskano dobra zgodność wyników. W przypadku stali W1 wartosc JIc określona całka Rice'a wyniosła 100 N/mm, a technika ASPEF 88 N/mm, w stali W2 odpowiednio 141 N/mm i 148 N/mm. W stali W3 wartość JIc została określona na podstawie (...) i wyniosła 126 N/mm, a w próbie ASPEF 103 N/mm.

Słowa kluczowe

EN

fracture mechanics; Rice's J-integral; Crack-Tip Opening Displacement method; Absorbed Specific Fracture Energy method; structural steels

PL

odporność na pękanie; całka Rice'a; krytyczna wartość rozwarcia karbu CTOD; metoda ASPEF; stal konstrukcyjna

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 54, iss. 4
• Strony: 1073--1082
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bogucki R.

• Institute of Material Science, Cracow University of Technology, 31-864 Kraków, Jana Pawła Ii 37 Str., Poland

Bibliografia

• [1] A. Bochenek, Elementy mechaniki pekania, Wydawnictwo Politechniki Czestochowskiej, Czestochowa 1998.
• [2] Standard Test Method for Measurement of Fracture Toughness. ASTM E 813 - 05a, (2005).
• [3] Standard Method for Crack - Tip Opening Displacement (CTOD) fracture toughness measurement. ASTM E 1290-89.
• [4] L. F. Gillemont, Criterion of Crack Initiation and Spreading, Engineering Fracture Mechanics, 8, 239-259 (1976).
• [5] E. Czoboly, I. Havas, L. F. Gillemot, The absorbed Specific Energy Till Fracture as a Measure of the Toughness of Metals, Proceedings of an International Symposium an Absorbed Specific Energy and/or Strain Energy Density Criterion, (Edited by G. C. Sih, E. Czoboly and L. F. Gillemot), Budapest, Hungary, Martinus Nijhoff Publishers, 107-129, (1980).
• [6] J. C. Radon, E. Czoboly, Absorbed Specific Fracture Energy of Polymers, Proceeding of an International Symposium an Absorbed Specific Enery and/or Strain Energy Density Criterion, Edited by G. C. Sih, E. Czoboly and L. F. Gillemot), Budapest, Hungary, Martinus Nijhoff Publishers, 181-205, (1980).
• [7] V. G. De Giorgi, G. C. Kirby, M. I. Jolles, Prediction of Classical Fracture Initiation Toughness, Engineering Fracture Mechanics 33, 5, 773-785 (1989).
• [8] H. J. Schindler, Strain Energy Density as the Link Between Global and Local Approach of Fracture, Proceeding of 10th International Conference on Fracture, Honolulu, (2001).
• [9] Xiaohu Chen, Plastic Tearing Energy in Tough Steels, University of Maryland, Dissertation of Ph.D, (2005).
• [10] O. B. Chan, A. E. Elwi, G. Y. Grondin, Simulation of Crack Propagation in Steel Plate with Strain Soft1082 ening Model, University of Alberta Department of Civil & Environmental Engineering, Structural Engineering Report No. 266, (2006).
• [11] Y. M. Elarbi, Weldability of high Cr and 1 % tungsten alloyed creep resistant martensitic steel, Budapeszt University of Technology and Economics Faculty of Mechanical Engineering Department of Materials Scence and Engineering, Dissertation of Ph.D, (2008).
• [12] L. F. Gillemot, Periodical Polytechnica, Engineering 8, 1-14 (1964).
• [13] L. F. Gillemot, Materialprufung 3, 330-336 (1961).
• [14] Harkovetz, Saposnyijov, Femek mechanikai vizsgalata, Nehezipari Konyvkiado, Budapest. (1972).