Static and dynamic stress intensity factors of branched cracks

• Autorzy: Fedeliński P. , Holek M.

Warianty tytułu

PL

Statyczne i dynamiczne współczynniki intensywności naprężeń pęknięć rozgałęzionych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The boundary element method (BEM) is applied to analysis of static and dynamic stress intensity factors (SIF) of branched cracks. The numerical solution is obtained by discretization of external boundaries and crack surfaces. The problem of coincident crack boundaries is solved by the dual BEM in which for nodes on crack surfaces simultaneously the displacement and the traction boundary integral equations are applied. The dynamic problem is solved by using the Laplace transform method. Static stress intensity factors (SIF) are computed by the path independent J-integral and dynamic SIF by the crack opening displacement (COD) method. Numerical examples of a single crack and two interacting branched cracks in rectangular plates are presented. The influences of dimensions and shapes of voids in the centers of the branched cracks and the orientations and distances between two interacting cracks on SIF are analyzed.

PL

Zastosowano metodę elementów brzegowych (MEB) do analizy statycznych i dynamicznych współczynników intensywności naprężeń (WIN) pęknięć rozgałęzionych. Rozwiązanie numeryczne otrzymano w wyniku dyskretyzacji brzegów zewnętrznych tarczy i krawędzi pęknięć. Zastosowano sformułowanie dualne MEB do analizy pokrywających się krawędzi pęknięcia, w którym stosuje się jednocześnie dla węzłów pęknięcia brzegowe równanie całkowe przemieszczeń i sił powierzchniowych. Zagadnienie dynamiczne analizowano metodą transformacji Laplace’a. Statyczne współczynniki intensywności naprężeń (WIN) obliczono za pomocą J-całki niezależnej od konturu całkowania, a dynamiczne WIN na podstawie rozwarcia krawędzi pęknięcia. Przedstawiono przykłady numeryczne pojedynczego pęknięcia i dwóch oddziałujących pęknięć rozgałęzionych w tarczach. Badano wpływ wielkości i kształtu pustek w środku pęknięcia rozgałęzionego oraz orientacji i odległości między dwoma pęknięciami na WIN.

Słowa kluczowe

EN

fracture; crack; stress intensity factors; SIF; boundary element method; BEM; Laplace transform method

PL

pękanie; szczelina; współczynniki intensywności naprężeń; WIN; metoda elementów brzegowych; MEB; metoda transformacji Laplace’a

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej. Oddział Gliwice
• Czasopismo: Modelowanie Inżynierskie
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 34, nr 65
• Strony: 23--28
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz.

Twórcy

autor

Fedeliński P.

• Instytut Mechaniki i Inżynierii Obliczeniowej, Politechnika Śląska

autor

Holek M.

• Instytut Mechaniki i Inżynierii Obliczeniowej, Politechnika Śląska

Bibliografia

• 1. Daux Ch., Moes N., Dolbow J., Sukumar N., Belytschko T.: Arbitrary branched and intersecting cracks with the extended finite element method. “International Journal for Numerical Methods in Engineering” 2000, Vol. 48, p. 1741-1760.
• 2. Fedeliński P., Aliabadi M. H., Rooke D.P.: The Laplace transform DBEM method for mixed-mode dynamic crack analysis. “Computers and Structures” 1996, Vol. 59, p. 1021-1031.
• 3. Fedeliński P.: Metoda elementów brzegowych w analizie dynamicznej układów odkształcalnych z pęknięciami, ZN Pol.Śl. s. „Mechanika”, z. 137, Gliwice 2000.
• 4. Fedeliński P.: Boundary element method in dynamic analysis of cracks. “Engineering Analysis with Boundary Elements” 2004, Vol. 28, p. 1135-1147.
• 5. Fedeliński P.: Metoda elementów brzegowych w dynamice układów odkształcalnych. Gliwice: Wyd. Pol. Śl., 2016. Monografia, nr 622.
• 6. Fedeliński P.: Dynamically loaded branched and intersecting cracks. “Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture” 2017, Vol. 34, p. 17-26
• 7. Fedeliński P.: Effective elastic properties of sintered materials with branched cracks. In: AIP Conference Proceedings 1922, 2018, p. 030008-1-8.
• 8. Portela A., Aliabadi M. H., Rooke D. P.: The dual boundary element method: effective implementation for crack problems. “International Journal for Numerical Methods in Engineering” 1992, Vol. 33, p. 1269-1287.
• 9. Raffie S., Seelig Th., Gross D.: Simulation of dynamic crack curving and branching under biaxial loading by a time domain boundary integral equation method. “International Journal of Fracture” 2003, Vol. 120, p. 545-561.

Uwagi

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