Modeling of elasto-plastic fracture of a compact specimen | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2024. № 87. DOI: 10.17223/19988621/87/5

Modeling of elasto-plastic fracture of a compact specimen

The strength of a compact specimen under normal fracture (fracture mode I) is studied within the framework of the Neuber-Novozhilov approach. A model of an ideal elasto-plastic material with limiting relative elongation is chosen as the model of the deformable solid. This class of materials includes low-alloy steels that are used in structures operating at temperatures below the cold brittleness threshold. The crack propagation criterion is formulated using the modified Leonov-Panasyuk-Dugdale model, which uses an additional parameter, i.e., the diameter of the plasticity zone (the width of the prefracture zone). In the case of stress field singularity occurring in the vicinity of the crack tip, a two-parameter (coupled) criterion for quasi-brittle fracture is developed for type I cracks in an elastoplastic material. The coupled fracture criterion includes the deformation criterion attributed to the crack tip and the force criterion attributed to the model crack tip. The lengths of the original and model cracks differ by the length of the prefracture zone. Diagrams of the quasi-brittle fracture of the specimen under plane strain and plane stress conditions are constructed. The constitutive equations of the analytical model are analyzed in terms of the characteristic linear dimension of the material structure. Simple formulas applicable to verification calculations of the critical fracture load and pre-fracture zone length for quasi-brittle and quasi-ductile fractures are obtained. The parameters in the presented model of quasi-brittle fracture are analyzed. It is proposed to select the parameters of the model according to the approximation of the uniaxial tension diagram and the critical stress intensity factor.

Download file
Counter downloads: 20

Keywords

brittle fracture, quasi-brittle fracture, quasi-ductile fracture, two-parameter fracture criterion, elasto-plastic material, ultimate strain

Authors

NameOrganizationE-mail
Astapov Nikolay S.Lavrentyev Institute of Hydrodynamics of the Siberian Branch of RASnika@hydro.nsc.ru
Kurguzov Vladimir D.Lavrentyev Institute of Hydrodynamics of the Siberian Branch of RASkurguzov@hydro.nsc.ru
Всего: 2

References

Himmiche S., Malki M., Newman Jr. J.C. Validation of the two-parameter fracture criterion for various crack configurations made of 2014-T6 aluminum alloy using finite-element fracture simulations - Part 1 LT-Orientation // Engineering Fracture Mechanics. 2019. V. 205. P. 253-267.
Wang Y., Wang G., Tu S., Xuan F. Validation and application of a two-parameter J-Ad approach for fracture behaviour prediction // Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. 2020. V. 43, is. 12. P. 2998-3011.
Хамидуллин Р.М., Федотова Д.В. Анализ полей напряжений в вершине трещины и па раметры сопротивления разрушению в условиях градиентной пластичности // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2021. № 4. С. 136-148.
Богачева В.Э., Глаголев В.В., Глаголев Л.В., Инченко О.В., Маркин А.А. Об одном подхо де к оценке прочности адгезионного слоя в слоистом кмпозите // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2020. № 2 (64). С. 63-77.
Сукнев С.В. Нелокальные и градиентные критерии разрушения квазихрупких материа лов при сжатии // Физическая мезомеханика. 2018. Т. 21, № 4. С. 22-32.
Корнев В.М. Критические кривые разрушения и эффективный диаметр структуры хруп ких и квазихрупких материалов // Физическая мезомеханика. 2013. Т. 16, № 5. С. 25-34.
Kornev V.M., Kurguzov V.D. Sufficient discrete-integral criterion of rupture strength // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2001. V. 42, № 2. P. 328-336.
Kurguzov V.D., Astapov N.S., Astapov I.S. Fracture model for structured quasibrittle materials // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2014. V. 55, № 6. P. 1055-1065.
Ковчик С.Е., Морозов Е.М. Характеристики кратковременной трещиностойкости мате риалов и методы их определения. Киев: Наукова думка, 1988. 435 с. (Механика разрушения и прочность материалов: справ. пособие: в 4 т.; т. 3).
Справочник по коэффициентам интенсивности напряжений: в 2 т. / под ред. Ю. Мураками. М.: Мир, 1990. Т. 1. 448 с.
Матвиенко Ю.Г. Модели и критерии механики разрушения. М.: Физматлит, 2006. 328 c.
Gross D., Seelig T. Fracture Mechanics. Berlin: Springer, 2006. 321 р.
Саврук М.П. Коэффициенты интенсивности напряжений в телах с трещинами. Киев: Наукова думка, 1988. 619 c. (Механика разрушения и прочность материалов: справ. пособие: в 4 т.; т. 2).
Райс Дж. Математические методы в механике разрушений // Разрушение: в 7 т. / ред. Г. Либовиц. М.: Мир, 1975. Т. 2. С. 204-335.
Пестриков В.М., Морозов Е.М. Механика разрушения. СПб.: Профессия. 2012. 552 c.
 Modeling of elasto-plastic fracture of a compact specimen | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2024. № 87. DOI: 10.17223/19988621/87/5

Modeling of elasto-plastic fracture of a compact specimen | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2024. № 87. DOI: 10.17223/19988621/87/5

Download full-text version
Counter downloads: 194