MODELING OF FATIGUE CRACK PROPAGATION IN VIEW BIAXIAL STRESS STATE AT ITS TIP

Алла Викторовна Плащинская, Елена Трифоновна Башта, Елена Витальевна Джурик

Abstract


The paper presents the theoretical approach to modeling of the fatigue fracture processes in view of two stages of fracture including crack initiation and crack propagation stage as well as plane state of stress at the crack tip. The approach is based on the joint consideration of boundary-value problem of fracture mechanics and damage accumulation kinetics problem of the continuum damage theory. The plane stress state in the vicinity of the crack tip is reduced to the equivalent linear stress state by the mixed fracture criterion combining the maximum principal stress and the intensity of shear stresses. Using the equivalent stresses criterion allows to reduce asymmetrical loading cycle to the equivalent symmetrical cyclic loading on rupture time. The calculation results for different stress ratio of asymmetrical cyclic loading agree well with experimental data. The effect of the allowance for biaxial stresses distribution at the crack tip at calculating of the kinetics of fatigue crack in thin infinite plate under uniaxial asymmetrical tension-compression is analyzed.

Keywords


fatigue crack; thin plate; biaxial stress state; asymmetrical cyclic loading; equivalent stress; damage

References


Golub V.P. Model' ustalostnogo razrushenija tonkih izotropnyh plastin s treshhinami pri osevom nagruzhenii. V.P.Golub, A.V.Plashhinskaja. Prikl. mehanika. 1994. Tom 30, no 7. P. 520-529.

Golub V.P. The theory o long-term fatigue fracture providing for crack initiation and propagation. In: Advances in Fracture Research (ICF9). 1997. Vol.

R. 1361-1370. 3. Golub V.P. Fenomenologicheskaya model' rosta ustalostnoj treshchiny v ideal'no-plasticheskih beskonechnyh plastinkah pri odnoosnom simmetrichnom znakoperemennom nagruzhenii. Golub V.P., Plashchinskaya A.V. Prikl. mekhanika. 2005. Tom 41 (51), no 12. P. 116-127.

Golub V.P. Dokriticheskij rost ustalostnyh treshhin v tonkih plastinah s koncentratorami naprjazhenij. V.P.Golub, A.V.Plashhinskaja. Ocenka i obosnovanie prodlenie resursa jelementov konstrukcij. Kyiv, Izd-vo NANU, 2000. P. 93-99.

Plashhinskaja A.V. Kinetika rosta ustalostnyh treshhin v tonkih plastinah konechnyh razmerov pri asimmetrichnom nagruzhenii. Vіsnik NTUU KPІ Mashinobuduvannja, Kyiv, 2010. Vip. 58. P. 189-194.

Plashhinskaja A.V. Ustalostnoe razrushenie tonkih plastin s koncentratorami naprjazhenij pri odnoosnom asimmetrichnom nagruzhenii. Vіsnik NTUU KPІ Mashinobuduvannja, Kyiv, 2013. No 2, Vip. 68. P.76-83.

Golub V.P. Ustalostnoe razrushenie tonkih aljuminievyh plastin s treshhinami pri odnoosnom asimmetrichnom nagruzhenii. V.P.Golub, A.V.Plashhinskaja, E.S.Kochetkova. Mezhdunarodnyj nauchno-tehnicheskij sbornik «Nadezhnost' i dolgovechnost' mashin i sooruzhenij», 2008. Vyp.31. P. 73-81.

Golub V.P. Ustalostnaja prochnost' metallicheskih i kompozitnyh materialov pri asimmetrichnom rastjazhenii-szhatii. V.P.Golub, V.I.Krizhanovskij, A.D.Pogrebnjak, E.S.Kochetkova. Prikl. mehanika. 2006. Tom 42 (52), no1. P. 48-58.

Neklassicheskie problemy mekhaniki razrusheniya; V 4-h t. Pod obshch. Red. Guzya A.N. T.4.; kn.1. Razrushenie i ustojchivost' materialov s treshchinami. Guz' A.N., Dyshel' M.SH., Nazarenko V.M. Kyiv:Nauk. dumka, 1992, 456p.

Golub V.P. Smeshannyj kriterij dlitel'nogo razrushenija v uslovijah polzuchesti pri ploskom naprjazhennom sostojanii. V.P.Golub, V.I.Krizhanovskij, A.A.Rusinov. Prikladnaja mehanika. 2003. Tom 39, no 5. P.64-75.

Golub V.P. Derivation of creep long-term fracture crsteria under plane state of stress. Intern. Journal of Mechanical Sciences 2005; 47:1807.

Regul'skij M.N. Kriterij soprotivlenija ustalosti v uslovijah ploskogo naprjazhenogo sostojanija pri kruchenii s rastjazheniem. M.N.Regul'skij, G.M.Borozenec, A.V.Golubnichij, V.V.Kasperskaja. Problemi tertja ta znoshuvannja. NAU, Kyiv, 2008, Vyp.49, Tom 2. P. 148-158.

Newman J.C., Jr. FASTRAN-II. A fatigue crack growth structural analysis program. NASA-TM-104159, 1992. P.103.

Williams M.I., on the stress distribution at the base of a stationary crack. ASME.J.Appl. Mech. 1957. 24. P.111-114.

Bashta O. Micro crack propagation behavior in aluminium alloy D-16AT. Avіacіya u XXI stolіttі. Bezpeka v avіacії ta kosmіchnі tekhnologії: VI Vsesvіtnіj kongres, 25-27 veresnya 2012 r. Kyiv., 2012. P. 1.4.13–1.4.16.


GOST Style Citations


1. Голуб В.П. Модель усталостного разрушения тонких изотропных пластин с трещинами при осевом нагружении / В.П.Голуб, А.В.Плащинская // Прикл. механика.- 1994.- Том 30, №7.- С. 520-529. 

2. Golub V.P. The theory o long-term fatigue fracture providing for crack initiation and propagation // In: Advances in Fracture Research (ICF9).- 1997.- Vol. 3.- Р. 1361-1370. 

3. Голуб В.П., Феноменологическая модель роста усталостной трещины в идеально-пластических бесконечных пластинках при одноосном симметричном знакопеременном нагружении./ Голуб В.П., Плащинская А.В. // Прикл. механика.- 2005.- Том 41 (51), №12.- С. 116-127. 

4. Голуб В.П. Докритический рост усталостных трещин в тонких пластинах с концентраторами напряжений / В.П.Голуб, А.В.Плащинская // Оценка и обоснование продление ресурса элементов конструкций.- Киев, Изд-во НАНУ, 2000.- С. 93-99. 

5. Плащинская А.В. Кинетика роста усталостных трещин в тонких пластинах конечных размеров при асимметричном нагружении // Вісник НТУУ КПІ Машинобудування, Київ, 2010.- Вип. 58.- С. 189-194. 

6. Плащинская А.В. Усталостное разрушение тонких пластин с концентраторами напряжений при одноосном асимметричном нагружении // Вісник НТУУ КПІ Машинобудування, Київ, 2013.-№2, Вип. 68.- С.76-83. 

7. Голуб В.П. Усталостное разрушение тонких алюминиевых пластин с трещинами при одноосном асимметричном нагружении / В.П.Голуб, А.В.Плащинская, Е.С.Кочеткова // Международный научно-технический сборник «Надежность и долговечность машин и сооружений», 2008.- Вып.31.- С. 73-81. 

8. Голуб В.П. Усталостная прочность металлических и композитных материалов при асимметричном растяжении-сжатии / В.П.Голуб, В.И.Крижановский, А.Д.Погребняк, Е.С.Кочеткова // Прикл. механика.- 2006.- Том 42 (52), №1.- С. 48-58. 

9. Неклассические проблемы механики разрушения; В 4-х т./ Под общ. Ред. Гузя А.Н. Т.4.; кн.1. Разрушение и устойчивость материалов с трещинами/ Гузь А.Н., Дышель М.Ш., Назаренко В.М. – К.:Наук.думка, 1992, 456с. 

10. Голуб В.П. Смешанный критерий длительного разрушения в условиях ползучести при плоском напряженном состоянии / В.П.Голуб, В.И.Крижановский, А.А.Русинов // Прикладная механика. – 2003.- Том 39, №5. – С.64-75. 

11. Golub V.P. Derivation of creep long-term fracture crsteria under plane state of stress // Intern. Journal of Mechanical Sciences 2005; 47:1807. 

12. Регульский М.Н. Критерий сопротивления усталости в условиях плоского напряженого состояния при кручении с растяжением / М.Н.Регульский, Г.М.Борозенец, А.В.Голубничий, В.В.Касперская // Проблеми тертя та зношування.- НАУ, Киев, 2008, Вып.49, Том 2.- С. 148-158. 

13. Newman J.C., Jr. FASTRAN-II – A fatigue crack growth structural analysis program.- NASA-TM-104159, 1992.- P.103.

14. Williams M.I., on the stress distribution at the base of a stationary crack// ASME.J.Appl. Mech.-1957. – 24.- P.111-114. 

15. Bashta O. Micro crack propagation behavior in aluminium alloy D-16AT // Авіація у XXI столітті. Безпека в авіації та космічні технології: VI Всесвітній конгрес, 25-27 вересня 2012 р. – К., 2012. – С. 1.4.13–1.4.16.





DOI: http://dx.doi.org/10.20535/2305-9001.2015.74.46576

Refbacks

  • There are currently no refbacks.


Copyright (c) 2017 Mechanics and Advanced Technologies