Vliv kritické vzdálenosti na stabilitu trhliny s vrcholem na materiálovém rozhraní mezi dvěma polymerními materiály

The effect of critical distance on stability conditions for a crack at the interface between two polymer materials

journal article - other

en

The aim of this work is to study the behaviour of a crack with its tip at the interface between two polymer materials. A numerical model of a cracked bi-material tension specimen is investigated and different stability criteria are tested. The stability criterion of a general stress concentrator usually needs a relation between the critical value of the generalized stress intensity factor (HIC) and critical value of the stress intensity factor KIC (fracture toughness). This relation is a function of the elastic mismatch of particular materials; the fracture toughness of the main material and the critical distance d ahead of the stress concentrator, where the criterion is applied. Estimation of distance d is usually not straightforward and different authors use different approaches for its determination. Therefore the main aim of this study is the mutual comparison of published approaches for d estimation and to quantify the influence of d choice on the critical load value. The results obtained can lead to a better residual lifetime prediction and safer design of layered structures.

Cílem této práce je studium chování trhliny s vrcholem na rozhraní dvou polymerních materiálů. Pomocí numerického modelu tělesa s trhlinou u byly testovány různé kritéria stability. Při aplikaci kritéria stability u obecného koncentrátoru napětí je nutné znát vztah mezi kritickou hodnotu zobecněného faktoru intenzity napětí a kritické hodnoty součinitele intenzity napětí (lomová houževnatost). Tento vztah je funkcí elastických konstant jednotlivých materiálů, lomové houževnatosti základního materiálu a kritické vzdálenosti d před vrcholem trhliny, kde se aplikuje kritérium stability. Stanovení vzdálenosti d není jednoduché a různí autoři používají odlišné přístupy k jejímu stanovení. Hlavním cílem této studie je vzájemné porovnání publikovaných přístupů k odhadu parametru d a kvantifikovat vliv hodnoty d na hladinu kritického zatížení způsobující nestabilní růst trhliny z materiálového rozhraní. Získané výsledky mohou vést k přesnějšímu odhadu zbytkové životnosti vrstevnatých konstrukcí.

The aim of this work is to study the behaviour of a crack with its tip at the interface between two polymer materials. A numerical model of a cracked bi-material tension specimen is investigated and different stability criteria are tested. The stability criterion of a general stress concentrator usually needs a relation between the critical value of the generalized stress intensity factor (HIC) and critical value of the stress intensity factor KIC (fracture toughness). This relation is a function of the elastic mismatch of particular materials; the fracture toughness of the main material and the critical distance d ahead of the stress concentrator, where the criterion is applied. Estimation of distance d is usually not straightforward and different authors use different approaches for its determination. Therefore the main aim of this study is the mutual comparison of published approaches for d estimation and to quantify the influence of d choice on the critical load value. The results obtained can lead to a better residual lifetime prediction and safer design of layered structures.

kritérium stability, kritická vzdálenost, bi-materiálové rozhraní, zobecněný součinitel intenzity napětí

stability criterion, critical distance, bi-material interface, generalized stress intensity factor

2012

30.09.2012

1802-1484

19

2/3

155–164

10