J-integral in the description of elasto-plastic crack growth kinetics curve.

• Autorzy: Rozumek, D.

Warianty tytułu

PL

Całka J w opisie sprężysto-plastycznej krzywej kinetyki wzrostu pękania.

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents kinetic fatigue crack growth curve for 10HNAP steel, which is verified experimentally. An energy approach based on the AJ-integral range is shown. The tests have been carried out on plane specimens with notches under tension-compression for three values of stress ratio R. The J-integral is calculated analytically and by the finite element method. A relationship for the description of the whole kinetic crack growth curve including J-integral is presented. It is shown that at the constant loading and the change of stress ratio R from - 1 to 0 the fatigue crack growth rate increases. A relationship is proposed in the paper for description of the kinetic crack growth curve. It gives results that are consistent with experimental ones and those obtained with the use of the finite element method (FEM).

PL

W pracy zaprezentowano krzywą kinetyki wzrostu pękania zmęczeniowego dla stali 10HNAP, którą zweryfikowano doświadczalnie. Przedstawiono podejście energetyczne oparte na całce AJ. Badania prowadzono na próbkach płaskich z karbem przy rozciąganiu-ściskaniu dla trzech wartości współczynnika asymetrii cyklu R. Całkę J obliczano analitycznie i metodą numeryczną z zastosowaniem metody elementów skończonych (MES). Zaproponowano związek do opisu całej krzywej kinetyki wzrostu pękania z wykorzystaniem całki J. Wykazano, że przy stałej amplitudzie obciążenia rozciągającego-ściskającego i zmianie współczynnika asymetrii cyklu z R = -1 na R = 0 wzrasta prędkość pękania zmęczeniowego. Zaproponowany w pracy związek do opisu krzywej kinetyki wzrostu pękania daje wyniki zbieżne z doświadczalnymi i uzyskanymi przy użyciu MES.

Słowa kluczowe

PL

całka J; pękanie; krzywa pękania; kinetyka; krzywa sprężysto-plastyczna; krzywa kinetyki wzrostu pękania zmęczeniowego; prędkość pękania zmęczeniowego; metoda elementów skończonych; MES (metoda elementów skończonych)

EN

J integral; crack; crack curve; kinetics; elasto-plastic curve; kinetic fatigue crack growth curve; finite element method; fatigue crack growth rate; FEM

• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. LIII, nr 3
• Strony: 211-225
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Rozumek, D.

• Opole University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, ul. S. Mikołajczyka 5, 45-271 Opole, Poland,

Bibliografia

• [1] Priddle E. K.: Some equations describing the constant amplitude fatigue crack propagation characteristics of a mild steel. Berkeley Nuclear Laboratories, 1972, RD/B/N 2390.
• [2] Jarema S. J. and Mikitisin S. I.: Analiticheskoje opisanie diagramy ustalostnogo razrushenia materialov. Fiziko-khemicheskaja Mekhanika Materialov, Vol. 6, 1975, pp. 47-54 (in Russian).
• [3] McEvily A. J.: On closure in fatigue crack growth. ASTM STP 982, 1988, pp. 35-43.
• [4] Toth L., Krasovsky A. J.: Material characterization required for reliability assesment of cyclically loaded engineering structures. Ed. R.A. Smith, Kluwer Academic Publisher, 1997, pp. 225-272.
• [5] Gasiak G., Pawliczek R., Rozumek D.: Life of constructional materials under cyclic loading including the mean loading values. Technical University of Opole, 2002, p. 312 (in Polish).
• [6] Kocanda S.: Fatigue failure of metals. WNT, Warsaw, 1985, pp. 441.
• [7] Rice J. R.: A path independent integral and the approximate analysis of strain concentration by notches and cracks. Journal of Applied Mechanics, Vol. 35, 1968, pp. 379-386.
• [8] Begley J. A. and Landes J. D.: The J-integral as a fracture criterion. Fracture Toughness, ASTM STP 514, 1971, pp. 1-20.
• [9] Dowling N. E. and Begley J. A.: Fatigue crack growth during gross plasticity and the J-integral. In Mechanics of Crack Growth, ASTM STP 590, 1976, pp. 82-103.
• [10] Gasiak G., Rozumek D.: AJ-integral range estimation for fatigue crack growth rate description. Int. J. of Fatigue, Vol. 26, 2004, pp. 135-140.
• [11] Rozumek D.: Kinetic crack growth curve in energetic approach. WNT, 2003, pp. 435-442 (in Polish).
• [12] Lu Y. L. and Kobayashi H.: An experimental parameter Jmax in elastic-plastic fatigue crack growth. Fatigue & Fracture of Eng.Mater.& Struct., Vol. 19, 1996, pp. 1081 - 1091.
• [13] Tanaka K.: The cyclic J-integral as a criterion for fatigue crack growth. Int. J. Fracture, Vol. 22, 1983, pp. 91-104.
• [14] ASTM E813-89. Standard test method for Jic, a measure of fracture toughness. American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1989.
• [15] Vosikovsky O.: The effect of stress ratio on fatigue crack growth rates in steel. Eng. Fracture Mechanics, 1979.
• [16] Thum A., Petersen C, Swenson O.: Verformung, Spannung und Kerbwirkung. Duesseldorf, VDI, 1960.
• [17] Forman R. G., Kearney V. E., Engle R. M.: Numerical analysis of crack propagation in cyclic-loaded structures. Journal of Basic Eng., 1967, pp. 459-464.
• [18] Klesnil, M., Lukas, P.: Influence of strength and stress history on growth and stabilisation of fatigue cracks. Eng. Fracture Mechanics, Vol. 4, 1972, pp. 77-92.
• [19] Cai Qi-Gong.: Analysis of elastic-plastic fracture mechanics of the cyclic strain. New Metals, China, Vol. 1, 1976, pp. 102.
• [20] Dowling N. E.: Crack growth during low-cycle fatigue of smooth axial specimens. In: Cyclic stress-strain and plastic deformation aspects of fatigue crack growth, ASTM STP 637, 1977, pp. 97-121.