УДК 539.42

 

Numerous studies have shown that crack tip constraint has an important effect on the level of conservatism when crack extension is investigated in elastic-plastic fracture mechanics. Constraint effect has been explored extensively in the past but mainly for pure mode I problems. Very few researchers have dealt with the effects of crack tip constraint on mode II or mixed mode I/II fracture in metallic materials. In this paper, the evolution of mode II constraint parameter Q in terms of applied external load is determined numerically for a test specimen under pure mode II loading. The finite element method is utilized to model the specimen and to study the range of validity of mode II constraint parameter determined from a Q–T diagram. The parameter Q calculated from the finite element simulation (or from the full field solution) is compared with the values of Q determined from the Q–T diagram. For low levels of load, the results of full field solution are shown to be consistent well with the results obtained from the Q–T diagram. However, when the external load increases significantly, the results of Q–T diagram are no longer accurate and mode II constraint parameter Q should be calculated directly from finite element results.

 

Развитие стесненной деформации в вершине трещины при упругопластическом разрушении в условиях сдвиговой нагрузки

Многочисленные исследования показали, что стесненная деформация в вершине трещины имеет существенное значение при изучении распространения трещины в рамках механики упругопластического разрушения. Влияние стесненности деформации подробно изучено в основном для задач чистого отрыва. Очень мало работ посвящено рассмотрению влияния стесненности деформации в вершине трещины на разрушение типа II или смешанного типа I/II в металлических материалах. В настоящей работе проведено численное исследование параметра стесненности деформации при сдвиговом нагружении Q для образца в условиях чистого сдвига. С помощью метода конечных элементов проведено моделирование образца, а также изучен диапазон допустимых значений параметра стесненности сдвиговой деформации, определенный на основе диаграммы Q–T. Проведено сравнение параметра Q, рассчитанного путем моделирования конечных элементов (или на основе полного полевого решения), со значениями Q, определенными на основе диаграммы Q–T. Показано, что при низких уровнях нагрузки результаты полного полевого решения хорошо согласуются с результатами, полученными на основе диаграммы Q–T. Однако при значительном увеличении внешней нагрузки результаты на основе диаграммы Q–T становятся неточными и параметр стесненности деформации при сдвиговом нагружении Q должен рассчитываться на основе результатов, полученных методом конечных элементов.

 

M.R. Ayatollahi, F. Berto  Evolution of crack tip constraint in a mode II elastic-plastic crack problem // Физ. мезомех. - 2018. - Т. 21. - № 1. - С. 79-83