• 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: Description of Fatigue Crack Growth under Modes II, III and II+III in Terms of J-integral
Czech Title: Popis růstu únavové trhliny v módech II, III a II+III pomocí J-integrálu
English Title: Description of Fatigue Crack Growth under Modes II, III and II+III in Terms of J-integral
Author(s): VOJTEK, T.; POKLUDA, J.; HORNÍKOVÁ, J.; ŠANDERA, P.; SLÁMEČKA, K.
Type: journal article
Language: en
Original Abstract: Mode II and mode III fatigue crack growth rates and the related intrinsic stress intensity factor range thresholds deltaKIIeff,th and deltaKIIIeff,th were for a long time expected to be equal. However, there are many theoretical and experimental indications of a slower crack growth rate and a higher threshold for mode III than that for mode II for various metallic materials. In this article, a description of shear-mode fatigue crack growth for specimens made of ARMCO iron in terms of a diagram da/dN vs. deltaJ is presented and compared with that based on deltaK. For higher applied loads the description in terms of deltaK is no more valid which turned out from a precise assessment of plastic zone size for a wide range of shear-mode loading levels in these specimens. This numerical elasto-plastic analysis revealed that the small-scale yielding conditions were only fulfilled in the near-threshold region and, for higher loading levels, the deltaJ approach should be utilized. The measured curves plotted for loading modes II, III and II+III showed higher effective mode II threshold than that of mode III but approximately equal crack growth rates for both modes II and III. The mode II cracks in metals usually propagate faster than the mode III ones because the factory-roof morphology created under mode III loading produces a high friction, thus reducing the effective crack driving force significantly. The unusual behavior of ARMCO iron can be explained here by a coplanar crack propagation without forming the factory roof morphology.
Czech abstract: Rychlosti šíření únavové trhliny v módech II a III a s tím související rozsah prahových hodnot faktorů intenzity napětí deltaKIIeff,th a deltaKIIIeff,th byly po dlouhou dobu předpokládány jako shodné. Nicméně, existuje mnoho teoretických a experimentálních údajů o nižší rychlostí šíření trhlin a vyšší prahové hodnotě pro mód III, než pro mód II u různých kovových materiálů. V tomto článku je popis růstu únavové trhliny ve smykové módu pro vzorky z ARMCO železa pomocí da/dN vs. deltaJ diagramu, a tot je srovnáno s popisem na základě deltaK. Pro vyšší působící zatížení je popis pomocí deltaK již neplatný, což se ukázalo z přesného posouzení velikosti plastické zóny pro široký rozsah úrovní smykového zatěžování na těchto vzorcích. Tato numerická elastoplastická analýza ukázala, že podmínky "small-scale yielding" byly splněny pouze v blízkosti prahové oblasti a pro vyšší úrovně zatěžování by měl být využit přístup deltaJ. Naměřené křivky pro zatěžovací módy II, III a II + III ukázaly vyšší efektivní prahovou hodnotu módu II, než pro mód III, ale přibližně stejné rychlosti růstu trhlin pro oba módy II a III. Trhliny v módu II v kovech se obvykle šíří rychleji než v módu III, protože "factory-roof" morfologie vytvořená u zatížení v módu III produkuje vysoké tření, čímž se výrazně snižuje efektivní hodnota hnací síly trhliny. Neobvyklé chování ARMCO železa zde může být vysvětleno koplanárním šířením trhliny bez vytvoření "factory-roof" morfologie.
English abstract: Mode II and mode III fatigue crack growth rates and the related intrinsic stress intensity factor range thresholds deltaKIIeff,th and deltaKIIIeff,th were for a long time expected to be equal. However, there are many theoretical and experimental indications of a slower crack growth rate and a higher threshold for mode III than that for mode II for various metallic materials. In this article, a description of shear-mode fatigue crack growth for specimens made of ARMCO iron in terms of a diagram da/dN vs. deltaJ is presented and compared with that based on deltaK. For higher applied loads the description in terms of deltaK is no more valid which turned out from a precise assessment of plastic zone size for a wide range of shear-mode loading levels in these specimens. This numerical elasto-plastic analysis revealed that the small-scale yielding conditions were only fulfilled in the near-threshold region and, for higher loading levels, the deltaJ approach should be utilized. The measured curves plotted for loading modes II, III and II+III showed higher effective mode II threshold than that of mode III but approximately equal crack growth rates for both modes II and III. The mode II cracks in metals usually propagate faster than the mode III ones because the factory-roof morphology created under mode III loading produces a high friction, thus reducing the effective crack driving force significantly. The unusual behavior of ARMCO iron can be explained here by a coplanar crack propagation without forming the factory roof morphology.
Keywords: fatigue crack growth; modes II, III and II+III; J-integral; ARMCO iron
RIV year: 2014
Released: 27.06.2014
Publisher: Elsevier
Location: Nizozemsko
Pages from: 835
Pages to: 840
Pages count: 6