The influence of material properties and crack length on the Q-stress value near the crack tip for elastic-plastic materials for centrally cracked plate in tension

• Autorzy: Graba M.

Warianty tytułu

PL

Wpływ stałych materiałowych i długości pęknięcia na rozkład naprężeń Q przed wierzchołkiem pęknięcia w materiałach sprężysto-plastycznych dla płyty z centralną szczeliną poddanej rozciąganiu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the paper, values of the Q-stress determined for various elastic-plastic materials for centre cracked plate in tension (CC(T)) are presented. The influence of the yield strength, the work-hardening exponent and the crack length on the Q-parameter was tested. The numerical results were approximated by closed form formulas. This paper is a continuation of the catalogue of the numerical solutions presented in 2008, which presents Q-stress solutions for single edge notch specimens in bending – SEN(B). Both papers present full numerical results and their approxi- mation for two basic specimens which are used to determine in the laboratory tests the fracture toughness – J-integral, and both specimens are proposed by FITNET procedure used to idealize the real components.

PL

W pracy przedstawione zostały wartości naprężeń Q wyznaczone dla szeregu materiałów sprężysto-plastycznych dla płyt z centralną szczeliną na wskroś poddawanych rozciąganiu (CC(T)). Omówiony został wpływ granicy plastyczności i wykładnika umocnienia na wartość naprężeń Q, a także wpływ długości pęknięcia. Wyniki obliczeń numerycznych aproksymowano formułami analitycznymi. Rezultaty pracy stanowią podręczny katalog krzywych J-Q dla próbek CC(T) – próbek z przewagą rozciągania, możliwy do wykorzystania w praktyce inżynierskiej. Prezentowane wyniki są kontynuacją katalogu zaprezentowanego w roku 2008], który zawierał numeryczne rozwiązania i ich aproksymacje dla próbek z przewagą zginania (próbki SEN(B)). Oba elementy konstrukcyjne (próbki CC(T) i SEN(B)) często są wykorzystywane do wyznaczania odporności na pękanie w warunkach laboratoryjnych, a w analizie inżynierskiej stosuje się je jako uproszczenie złożonego obiektu konstrukcyjnego, co zalecane jest w procedurach FITNET.

Słowa kluczowe

EN

fracture mechanics; cracks; Q-stress; stress fields; HRR solution; FEM; J integral; O’Dowd theory

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 50 nr 1
• Strony: 23--46
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Graba M.

• Kielce University of Technology, Faculty of Mechatronics and Machine Design, Kielce, Poland,

Bibliografia

• 1. ADINA 2006a, ADINA 8.4.1: User Interface Command Reference Manual –Volume I: ADINA Solids & Structures Model Definition, Report ARD 06-2, ADINA R&D, Inc.
• 2. ADINA 2006b, ADINA 8.4.1: Theory and Modeling Guide – Volume I: ADINA, Report ARD 06-7, ADINA R&D, Inc.
• 3. Ainsworth R.A., O’Dowd N.P., 1994, A framework of including constraint effects in the failure assessment diagram approach for fracture assessment, ASME Pressure Vessels and Piping Conference, ASME, PVP-Vol 287/MD-Vol 47
• 4. FITNET, 2006, FITNET Report, (European Fitness-for-service Network), Edited by M. Kocak, S.Webster, J.J. Janosch, R.A. Ainsworth, R. Koers, Contract No. G1RT-CT-2001-05071
• 5. Gałkiewicz J., Graba M., 2006, Algorithm for determination of e_ij (n, _),e"ij(n, _), eui(n, _), dn(n), and In(n) functions in Hutchinson-Rice-Rosengren solution and its 3D generalization, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 44, 1, 19-30
• 6. Graba M., 2008, The influence of material properties on the Q-stress value near the crack tip for elastic-plastic materials, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 46, 2, 269-290
• 7. Hutchinson J.W., 1968, Singular behaviour at the end of a tensile crack in a hardening material, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 16, 13-31
• 8. Kumar V., German M.D., Shih C.F., 1981, An engineering approach for elastic-plastic fracture analysis, EPRI Report NP-1931, Electric Power Research Institute, Palo Alto, CA
• 9. Li Y., Wang Z., 1985, High-order asymptotic field of tensile plane-strain nonlinear crack problems, Scientia Sinica (Series A), XXIX, 9, 941-955
• 10. Neimitz A., Dzioba I., Molasy R., Graba M., 2004,Wpływ więzow na odporność na pękanie materiałow kruchych, Materiały XX Sympozjum Zmęczenia i Mechaniki Pękania, Bydgoszcz-Pieczyska, 265-272
• 11. Neimitz A., Graba M., Gałkiewicz J., 2007, An alternative formulation of the Ritchie-Knott-Rice local fracture criterion, Engineering Fracture Mechanics, 74, 1308-1322
• 12. O’Dowd N.P., 1995, Applications of two parameter approaches in elasticplastic fracture mechanics, Engineering Fracture Mechanics, 52, 3, 445-465
• 13. O’Dowd N.P., Shih C.F., 1991, Family of crack-tip fields characterized by a triaxiality parameter – I. Structure of fields, J. Mech. Phys. Solids, 39, 8, 989-1015
• 14. O’Dowd N.P., Shih C.F., 1992, Family of crack-tip fields characterized by a triaxiality parameter – II. Fracture applications, J. Mech. Phys. Solids, 40, 5, 939-963
• 15. Ritchie R.O., Knott J.F., Rice J.R., 1973, On the relationship between critical tensile stress and fracture toughness in mild steel, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 21, 395-410
• 16. SINTAP, 1999, SINTAP: Structural Integrity Assessment Procedures for European Industry. Final Procedure, Brite-Euram Project No. BE95-1426 – Rotherham: British Steel
• 17. Sherry, A.H., Wilkes M.A., Beardsmore D.W., Lidbury D.P.G., 2005a, Material constraint parameters for the assessment of shallow defects in structural componenets – Part I: Parameter solutions, Engineering Fracture Mechanics, 72, 2373-2395
• 18. Sherry A.H., Hooton D.G., Beardsmore D.W., Lidbury D.P.G., 2005b, Material constraint parameters for the assessment of shallow defects in structural components – Part II: Constraint – based assessment of shallow cracks, Engineering Fracture Mechanics, 72, 2396-2415
• 19. Shih C.F., O’Dowd N.P., Kirk M.T., 1993, A framework for quantifying crack tip constraint, [In:] Constraint Effects in Fracture, ASTM STP 1171, E.M. Hackett, K,-H. Schwalbe, R.H. Dodds, Eds., American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 2-20
• 20. Sumpter J.D.G., Forbes A.T., 1992, Constraint based analysis of shallow cracks in mild steel, TWI/EWI/IS International Conference on Shallow Crack Fracture Mechanics Test and Application, M.G. Dawes, Edit., Cambridge, UK, paper 7
• 21. Yang S., Chao Y.J., Sutton M.A., 1993, Higher order asymptotic crack tip in a power-law hardening material, Engineering Fracture Mechanics, 45, 1, 99-120