Kritická hodnota napětí pro iniciaci trhliny z ostrého V-vrubu

Critical applied stresses for a crack initiation from a sharp V-notch

journal article in Scopus

en

The aim of the paper is to estimate a value of the critical applied stress for a crack initiation from a sharp V-notch tip. The classical approach of the linear elastic fracture mechanics (LELM) was generalized, because the stress singularity exponent differs from 0.5 in the studied case. The value of the stress singularity exponent depends on the V-notch opening angle. The finite element method was used for a determination of stress distribution in the vicinity of the sharp V-notch tip and for the estimation of the generalized stress intensity factor depending on the V-notch opening angle. Critical value of the generalized stress intensity factor was obtained using stability criteria based on the opening stress component averaged over a critical distance d from the V-notch tip and generalized strain energy density factor. Calculated values of the critical applied stresses were compared with experimental data from the literature and applicability of the LEFM concept is discussed.

Příspěvek se zabývá odhadem krictické hodnoty aplikovaného napětí pro iniciaci trhliny ve vrcholu ostrého V-vrubu. Klasický přístup lineárně elastické lomové mechaniky (LELM) byl v tomto případě zobecněn, protože exponent singularity napětí není roven 0,5. Exponent singularity napětí je závislý na úhlu rozevření V-vrubu. Pro výpočet rozložení pole napětí v okolí vrcholu V-vrubu a pro odhad zobecněného součinitele intenzity napětí v závislosti na velikosti úhlu rozevření V-vrubu byla použita metoda konečných prvků. Pro výčet kritické hodnoty zobecněného součinitele intenzity napětí byla použita lomová kritéria odvozená na základě zprůměrované hodnoty tangenciálního napětí před vrcholem V-vrubu na kritické vzdálenosti d a na základě zobecněného faktoru hustoty deformační energie. Vypočtené hodnoty kritických aplikovaných napětí byly porovnány s experimentálními daty získanými z literatury a bylo diskutováno použití konceptu LELM pro tento případ.

The aim of the paper is to estimate a value of the critical applied stress for a crack initiation from a sharp V-notch tip. The classical approach of the linear elastic fracture mechanics (LELM) was generalized, because the stress singularity exponent differs from 0.5 in the studied case. The value of the stress singularity exponent depends on the V-notch opening angle. The finite element method was used for a determination of stress distribution in the vicinity of the sharp V-notch tip and for the estimation of the generalized stress intensity factor depending on the V-notch opening angle. Critical value of the generalized stress intensity factor was obtained using stability criteria based on the opening stress component averaged over a critical distance d from the V-notch tip and generalized strain energy density factor. Calculated values of the critical applied stresses were compared with experimental data from the literature and applicability of the LEFM concept is discussed.

Iniciace trhliny, V-vrub, kritické napětí, faktor hustoty deformační energie, zobecněná lineárně elastická lomová mechanika, lomová kritéria.

Crack initiation; V-notch; critical stress; strain energy density factor; generalized linear elastic fracture mechanics; fracture criteria.

2014

31.10.2014

Gruppo Italiano Frattura

1971-8993

8

30

55–61

7