• Brno University of Technology - Centre of Sports Activities
  • Research centres

  • Pravděpodobně máte vypnutý JavaScript. Některé funkce portálu nebudou funkční.

Research & Development Results

Publication detail

Original Title: Specimens for Simultaneous Mode II, III and II+III Fatigue Crack Propagation: Elasto-Plastic Solution of Crack Tip Stress-Strain Field
Czech Title: Vzorky pro současné šíření únavové trhliny v módech II, III a II+III : Elasto-plastické řešení deformačně napěťového pole
English Title: Specimens for Simultaneous Mode II, III and II+III Fatigue Crack Propagation: Elasto-Plastic Solution of Crack Tip Stress-Strain Field
Author(s): HORNÍKOVÁ, J.; ŠANDERA, P.; ŽÁK, S.; POKLUDA, J.
Type: conference paper
Language: en
Original Abstract: 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. K-calibration of these specimens was performed and, after unique pre-crack and heat-treatment procedures, effective thresholds KII eff;th and KIII eff;th in several metallic materials could be measured. 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. The results reveal that the small scale yielding conditions are fulfilled in the near-threshold region. Starting from K values higher than to KII eff;th (or KIII eff;th), however, the small scale yielding condition is no more valid. Therefore, KJ or J approach is more relevant for the description of crack growth rate. Probably the most interesting result of the analysis lies in a simple procedure that enables us to separate individual loading components KJ;II and KJ;III, applied in the mixed-mode II+III part of the specimen, by comparing elasto-plastic and elastic solutions.
Czech abstract: Stanovení únavových charakteristik šíření trhlin ve smykových módech zatížení je poměrně složitý problém. Ke zvýšení účinnosti a přesnosti takových zkoušek začaly být poměrně nedávno používány speciální vzorky umožňující simultánní šíření smykových trhlin v módech II , III a II + III. K-kalibrace těchto vzorků byla provedena a po unikátním postupu vytvoření trhliny a po tepelném zpracování mohly být změřeny efektivní prahové hodnoty KII eff,th a KIII eff,th pro několik kovových materiálů. Nicméně popis rychlosti růstu trhliny ve smyslu 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 z čistého polykrystalického (Armco) železa . Výsledky ukazují, že jsou splněny podmínek malé plastické zóny v blízké prahové oblasti. Od hodnoty K-faktoru vyšší než KII eff , th (nebo KIII eff , th) však již tato podmínka není splněna. Proto KJ nebo J přístup je vhodnější pro popis rychlosti růstu trhliny. Pravděpodobně nejzajímavější výsledek analýzy spočívá v jednoduchém postupu, který nám umožňuje oddělit jednotlivé složky zatížení KJ II a KJ III použité ve smíšeném módu II + III zatížení vzorku, a to porovnáním elastoplastického a elastického řešení.
English abstract: 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. K-calibration of these specimens was performed and, after unique pre-crack and heat-treatment procedures, effective thresholds KII eff;th and KIII eff;th in several metallic materials could be measured. 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. The results reveal that the small scale yielding conditions are fulfilled in the near-threshold region. Starting from K values higher than to KII eff;th (or KIII eff;th), however, the small scale yielding condition is no more valid. Therefore, KJ or J approach is more relevant for the description of crack growth rate. Probably the most interesting result of the analysis lies in a simple procedure that enables us to separate individual loading components KJ;II and KJ;III, applied in the mixed-mode II+III part of the specimen, by comparing elasto-plastic and elastic solutions.
Keywords: shear-mode cracks, crack growth rate, K-calibration, plastic zone size, J-integral
RIV year: 2014
Released: 12.03.2014
Publisher: Trans Tech Publications
Location: Melbourne
ISBN: 978-3-03835-008-8
Book: 11TH INTERNATIONAL FATIGUE CONGRESS
Edition: 1
Edition number: 1
Pages from: 1585
Pages to: 1590
Pages count: 6