Verification of Linear Dependence of Plastic Zone Size on J-integral for Mixed-mode Loading

Ověření lineární závislosti velikosti plastické zóny na hodnotě J-integrálu pro smíšené zatěžování

Verification of Linear Dependence of Plastic Zone Size on J-integral for Mixed-mode Loading

journal article

en

Determination of fatigue crack growth characteristics under shear-mode loading is a rather complicated problem. To increase an efficiency and precision of such testing, special specimens enabling simultaneous propagation of shear cracks under II, III and II+III loading modes started to be used rather recently. However, a description of crack growth rate in terms of appropriate fracture mechanics quantities demands a precise assessment of plastic zone size under various shear-mode loading levels. This contribution is focused on the numerical elasto-plastic analysis of stress-strain field at the crack tip in specimens made of a pure polycrystalline (ARMCO) iron loaded by mixed mode II+III. The dependence of plastic zone size on the J-integral value described the wide region of loading. The results reveal that formixed mode II+III the small scale yielding conditions are fulfilled in the region where plastic zone size is smaller than 1/10 of the total crack length.

Stanovení únavových charakteristik růstu trhliny pro smykové zatížení je poměrně složitý problém. Pro zvýšení účinnost a přesnosti těchto testů se začaly poměrně nedávno používat speciální vzorky umožňující simultánní šíření smykových trhlin v módech II, III a II+III. Nicméně, popis rychlosti růstu trhliny pomocí příslušných parametrů lomové mechaniky vyžaduje přesné zhodnocení velikosti plastické zóny pro různé úrovně smykového zatížení. Tento příspěvek je zaměřen na numerickou elastoplastickou analýzu pole napětí-deformace v oblasti trhliny ve vzorcích vyrobených z čistého polykrystalické (Armco) železa zatíženého v kombinovaném režimu II + III. Závislost velikosti plastické zóny na hodnotě J-integrálu popisuje rozsáhlý soubor úrovní zatížení. Výsledky ukazují, že pro smíšený mód II+III jsou splněny podmínky malého zatěžování v oblasti, kde velikost plast zóny je menší než desetina celkové délky trhliny.

Determination of fatigue crack growth characteristics under shear-mode loading is a rather complicated problem. To increase an efficiency and precision of such testing, special specimens enabling simultaneous propagation of shear cracks under II, III and II+III loading modes started to be used rather recently. However, a description of crack growth rate in terms of appropriate fracture mechanics quantities demands a precise assessment of plastic zone size under various shear-mode loading levels. This contribution is focused on the numerical elasto-plastic analysis of stress-strain field at the crack tip in specimens made of a pure polycrystalline (ARMCO) iron loaded by mixed mode II+III. The dependence of plastic zone size on the J-integral value described the wide region of loading. The results reveal that formixed mode II+III the small scale yielding conditions are fulfilled in the region where plastic zone size is smaller than 1/10 of the total crack length.

Crack Growth, J- Integral, Mixed Mode Loading, Plastic Zone Size, Shear-Mode Cracks

2015

01.04.2015

15

20

6