Theoretical analysis of the double cleavage drilled compression specimen

A theoretical analysis of stress intensity factors and crack opening displacements for the double cleavage drilled compression specimen (DCDC) is presented. This specimen exploits a well known fact that the stress field around a circular hole in a plate subjected to uniaxial stress reverses sign at points on the hole which are parallel to the applied stress. Under uniaxial compression, tensile stresses exist at the edge of the hole and this tensile stress propagates a crack in the DCDC specimen. Because this tensile region is very localized, catastrophic crack growth cannot occur and it is not necessary to groove the specimen to promote straight crack growth. The controlled crack growth possible with this specimen should make it possible to examine fracture mechanisms in detail. The simplicity of this test specimen also makes it an ideal candidate for studying environmental effects on fracture.

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Résumé On présente une analyse théorique des facteurs d'intensité de contraintes et des déplacements d'ouverture de fissure pour une éprouvette donnée de compression à double clivage (DCDC). Ce type d'éprouvette exploite le fait bien connu que le champ de contraintes autour d'un trou circulaire dans une plaque soumise à contraintes uniaxiale change de signe dans les zones du trou parallèle à la tension appliquée. Sous compression uniaxiale, des tensions existent au bord du trou et ces tensions induisent la propagation d'une fissure dans l'éprouvette DCDC. Comme la zone concernée est trés localisée, il ne peut survenir de croissance catastrophique de la fissure, et il n'est pas nécessaire d'entailler l'éprouvette en vue de provoquer une propagation droite de la fissure. Le fait de pouvoir contrôler la croissance de la fissure dans ce type d'éprouvette devrait rendre possible l'examen en détail des mécanismes de rupture. La simplicité de cette éprouvette d'essai en fait également une candidate idéale pour l'étude de effets de l'environnement sur la rupture.

     

Mode I analysis of a face cracked plate subjected to rotationally constrained end displacements

Mode I stress intensity coefficients and crack mouth displacement coefficients were obtained by planar boundary collocation analysis of face cracked plates subjected to rotationally constrained end displacements. Results are presented for plates with height-to-width ratio(H/W) varying from 1.0 to 5.0 and crack depth-to-plate width ratios (a/W) in the range 0.1 to 0.8.

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Résumé On a obtenu les coefficients d'intensité de contrainte de mode I et les coefficients de déplacement des lèvres de la fissure par une analyse de collocation des frontières planes dans le cas de plaques comportant des fissures sur leur face et sujettes à des contraintes de rotation et de déplacement à ses extrémités. Les résultats sont présentés pour des plaques avec des rapports de la hauteur sur la largeur variant de 1 à 5 et des rapports de profondeur de fissure sur la largeur de la plaque dans la gamme 0.1 à 0.8.

     

The crack opening displacement field of semi-elliptical surface cracks in tension for weight functions applications

Application of the weight function method for calculating energy release rates or averaged weighted stress intensity factors requires that both the stress intensity factors and the crack opening displacements are known for a reference load case. This report gives an approximative solution for the crack opening displacement field of a semi-elliptic surface crack under pure tension loading. As a practical example the energy release rates are calculated for bending and compared with results available in the literature. Also a test procedure is described for checking the quality of approximative stress intensity factors.

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Résumé Pour appliquer la méthode des fonctions pondérées au calcul des vitesses de relaxation de l'énergie ou des facteurs d'intensité de contraintes moyens pondérés, il faut que soient connus les facteurs d'intensité de contraintes et les déplacements d'ouverture de la fissure, dans un cas de sollicitation de référence. La rapport fournit une solution approximative pour le champ de COD correspondant à une fissure superficielle semi-elliptique soumise à une charge de traction pure. Comme exemple pratique, on calcule les vitesses de relaxation de l'énergie correspondant à la flexion, et on se compare avec les résultats publiés dans la littérature. On décrit également une procédure d'essai en vue de vérifier la qualité des facteurs d'intensité de contraintes approchés.

     

Stress-intensity factors and crack-opening displacements for round compact specimens

A two-dimensional, boundary-collocation stress analysis was used to analyze various round compact specimens. The influence of the round external boundary and of pin-loaded holes on stress-intensity factors and crack-opening displacements was determined as a function of crack-length-to-specimen-width ratios. A wide-range equation for the stress-intensity factors, like that developed for the standard rectangular compact specimen, was developed. Equations for crack-surface displacements and load-point displacements were also developed.In addition, stress-intensity factors were calculated from compliance methods to demonstrate that load-displacement records must be made at the loading points and not along the crack line (as is customary) for crack-length-to-specimen-width ratios less than about 0.4.

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Résumé Une analyse des contraintes bidimensionnelles par collocation de frontière a été utilisée pour étudier diverses éprouvettes rondes compactes. On a déterminé, en fonction des ratios longueur de fissure/largeur d'éprouvette, l'influence de la frontière extérieure arrondie et des trous de fixation des ergots sur les facteurs d'intensité de contrainte et les déplacements d'ouverture de fissure. On a développé une équation générale pour les facteurs d'intensité de contrainte, similaire à celle développée dans le cas des éprouvettes compactes rectangulaires standards. On a également développé des équations pour les déplacements de surface de fissure et les déplacements aux points d'application de la charge.En outre, les facteurs d'intensité de contrainte ont été calculés à partir des méthodes de compliance en vue de démontrer que les enregistrements chargeldéplacement doivent être f aits aux points de charge et non comme de coutume le long de la ligne de fissure, dans le cas de ratios longueur de fissure/largeur d'éprouvette inférieure à environ 0,4.

     

Rapidly wedged crack propagation data with a static compliance calibration

The dynamic critical stress intensity factor of a propagating crack was measured from the time-dependent shear force at the loading end of a rapidly wedged double cantilever beam specimen. The product of the shear force and the square root of the loading time for a specimen constrained to constant displacement-rate opening is uniquely related to the critical bending moment at the crack tip during crack propagation. Static compliance measurements on side-grooved DCB specimens were incorporated into a dynamic Bernoulli-Euler beam, crack propagation model by a crack length shift at a fixed compliance value. This shift does not affect the magnitude of the critical bending moment at the crack tip, predicted by the simple beam model, when the load and the load point displacement are the measured variables. Details of analysis of the time varying shear force are given including: the rigidity of the contact between the wedge and the specimen; the dynamic critical stress intensity values versus crack velocity for Ti-6Al-4V and AISI 1018 cold-rolled steel.

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Résumé Le facteur d'intensité de contrainte critique dynamique d'une fissure en cours de propagation a été mesuré au départ des forces de cisaillement dépendant du temps apparaissant à l'extrémité de la zone de mise en charge dans le cas d'une éprouvette en poutre double cantilever entaillée et sollicitée rapidement. Le produit de la force de cisaillement et de la racine carrée du temps de mise en charge pour une éprouvette soumise à une ouverture à vitesse de déplacement constante est reliée uniquement au moment de flexion critique à l'extrémité de la fissure au cours de la propagation de celle-ci. Les mesures de compliance statique sur des éprouvettes en double poutre cantilever entaillées latéralement ont été incorporées dans un modèle de propagation de fissure pour une éprouvette dynamique de Bernoulli-Euler, en procédant à un glissement de la longueur de la fissure à une valeur fixe de la compliance. Ce glissement n'affecte pas l'amplitude du moment de flexion critique à l'extrémité de la fissure tel que prédit par un modèle en poutre simple, lorsque la charge et le déplacement du point de charge sont les variables mesurables. Des détails sur l'analyse de la force de cisaillement variable en fonction du temps sont fournis. Ils comportent: la rigidité du contact entre les appuis de charge et l'éprouvette; les valuers d'intensité et de contrainte critique dynamique en fonction de la vitesse de propagation pour un alliage Ti-6Al-4V et pour l'acier laminé à froid AISI 1018.

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Department of Mechanical and Aerospace Sciences.

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Department of Mechanical and Aerospace Sciences and the Materials Science Program.     

A wedge test for quantifying fully plastic fracture

A test using two wedges splitting a small, doubly grooved specimen allows measurement of stable, fully plastic crack initiation and growth under variable amounts of triaxiality. In wedge tests, 25 mm cubes of 1018 hot rolled steel in three different orientations exceeded the limit load predicted by plastic slip-line fields. The tests gave crack tip initiation displacements of 0.7–0.8 mm, regardless of orientation. Since microscopic examination of the fracture surfaces indicated that the wedges suppress blunting, the presence of non-zero initiation displacements suggests that a fracture process zone of finite thickness must be established before crack growth. During growth, a specimen with rolling direction normal to the crack plane had a crack growth ductility (minimum displacement per unit ligament reduction) of 0.006–0.009, compared to ductilities of 0.016–0.027 for specimens with rolling direction parallel to the crack front or parallel to the growth direction. The lower ductility with the crack normal to the rolling direction appears to be due to a smoother fracture surface without zigzagging between inclusion stringers.

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Résumé L'essai consistant à séparer par deux coins une petite éprouvette à double entaille permet de mesurer l'amorçage stable et totalement plastique d'une fissure et sa croissance sous divers états de triaxialité. On a constaté lors d'essais de ce type que des cubes de 25 mm de côté en acier 1018 brut de laminage présentaient, dans les trois directions caractéristiques, une charge limite en excès par rapport aux prédictions fournies par les champs de bandes de glissement plastique. Les essais produisaient des déplacements de l'extrémité de la fissure à l'amorçage de quelque 0.7–0.8 mm, quelle que soit l'orientation. Un examen microscopique des surfaces de la rupture a révélé que les coins suppriment la formation de cupules; dès lors, la présence de déplacements non nuls à l'amorçage suggère que le processus de rupture à dû se déclencher dans une zone d'épaisseur finie avant que ne croisse la fissure. Au cours de cette croissance, on a constaté qu'une éprouvette dont le sens de laminage était normal par rapport au plan de la fissure présentait une ductilité à la croissance de la fissure de 0.006–0.009, comparée aux valeurs de 0.016–0.027 qu'exhibent des éprouvettes dont le sens de laminage est parallèle au front de fissure ou à la direction de sa croissance (on définit la ductilité à la croissance d'une fissure par le déplacement minimum par une unité de réduction du ligament). La ductilité plus faible constatée pour une fissure normale par rapport à la direction de laminage parait due à une surface de rupture plus lisse, dépourvue de portions en zig-zag entre les inclusions.

     

Stress intensity factors at crack tips near boundaries or other geometrical discontinuities

A modification of the Lobatto-Chebyshev method for the numerical solution of Cauchy type singular integral equations appearing in plane or antiplane elasticity crack problems and the determination of stress intensity factors at crack tips is presented. This modification, based on a variable transformation, permits the selection of abscissas and collocation points used to be modified so as to obtain rapid convergence of the numerical results for the stress intensity factors to their correct values. The proposed technique is seen to be particularly effective for crack problems with crack tips near boundaries, interfaces or other geometrical discontinuities. Two applications of the method, to a periodic array of cracks in plane elasticity and to an antiplane shear crack near a boundary, show the effectiveness of the method.

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Résumé Une modification de la méthode Lobatto-Chebyshev pour la solution numérique des équations singulières intégrales de type Cauchy apparaissant en problèmes de fissures dans l'élasticité plane ou antiplane et la détermination des facteurs d'intensité des contraintes aux extrémités des fissures est présentée. Cette modification, basée sur une transformation de variable, permet de modifier la sélection des abscisses et des points de collocation utilisés pour obténir une convergence rapide des résultats numériques pour les facteurs d'intensité des contraintes à leurs valeurs correctes. La technique proposée est vue d'être particulièrement effective pour des problèmes des fissures avec des extrémités près de limites, d'interfaces ou d'autres discontinuités géometriques. Deux applications de la méthode, à une série périodique des fissures dans l'élasticité plane et à une fissure près d'une limite dans l'élasticité antiplane, montrent l'efficacité de la méthode.

     

Variational approach for a new direct-integration form of the virtual crack extension method

A new direct-integration technique for the virtual crack extension method which employs variational theory in the finite element formulation is presented. Similar techniques to derive explicit integral forms of the energy release rate have been introduced by deLorenzi [1] and Haber and Koh [2]; however, the formulation proposed here not only provides accurate results but also is simpler and more general than the earlier forms. Moreover, this method can be extended to derive higher order derivatives of the energy release rate, e.g., the rates of the energy release rate for mixed-mode fracture. With Betti's theorem and the mutual energy concept [3], a simple but effective uncoupling technique for mixed-mode stress intensity factors is also possible. Combined with the higher order derivatives of the energy release rate, this uncoupling technique can be used to derive the first derivatives of the stress intensity factors which in turn can be employed for better prediction of crack stability and rate of propagation.

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Résumé On présente une nouvelle technique par intégration directe relative à la méthode d'extension virtuelle d'une fissure, qui recourt à une approche par variations de la formulation des éléments finis. Delorenzi, et Haber et Koh, ont déjà présenté des techniques similaires en vue de déduire la vitesse de relaxation de l'énergie sous forme d'intégrales explicites. Toutefois, la formulation présentée ici non seulement procure des résultats exacts, mais en outre est d'un usage plus simple et plus général que les précédentes. En outre, la méthode permet une extension pour déduire des dérivées d'ordre supérieur de la vitesse de relaxation de l'énergie, notamment les vitesses relatives à des ruptures de mode mixte. En recourant au théorème de Batti et au concept d'énergie mutuelle, il est également possible d'appliquer une technique de découplage effectif pour des facteurs d'intensité de contraintes relatifs à un mode mixte. Combiné aux dérivées d'ordre supérieur pour la vitesse de relaxation de l'énergie, cette technique de découplage peut être employée pour déduire les dérivées premières des facteurs d'intensité de contraintes, lesquelles peuvent être à leur tour utilisées à une meilleure prédiction de la stabilité d'une fissure et de sa vitesse de propagation.

     

The interaction between a crack and a dislocation dipole

This paper presents the results of an analysis which considers the interaction between a semi-infinite crack and a dislocation dipole. Applying the operator derived by Denda [1] to the crack/dislocation interaction solution developed by Lo [2], explicit expressions are obtained for the stress intensity factors at the tip of the crack. Results are computed and discussed for a variety of geometrical configurations, with the intent of developing an understanding of the effects of position and orientation of the dislocation dipole on crack tip shielding and antishielding. The solution can be used as a Green's function in semi-empirical analyses such as the one proposed by Chudnovsky [3], where the interaction between a crack in a polymeric material and the damage (crazing) which surrounds it is solved by experimentally measuring the crack opening displacements of the crazes and calculating the amount of toughening caused by the damage.

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Résumé On présente les résultats d'une analyse prenant en compte l'interaction entre une fissure semi-infinie et une paire de dislocations. En appliquant un opérateur dû à Denda à la solution d'interaction fissure/dislocation proposée par Lo, on obtient des solutions explicites pour les facteurs d'intensité de contraintes à l'extrémité de la fissure. Les résultats sont calculés et discutés pour une gamme de configurations géométriques, dans le but de développer une intelligence des effets de la position et de l'orientation de la paire de dislocations sur l'effet de couverture ou de non-couverture à l'extrémité de la fissure. La solution peut être utilisée sous la forme d'une fonction de Green dans les analyses semi-empiriques telles que celles proposées par Chudnovsky, où l'interaction entre une fissure dans un matériau polymère et l'endommagement (criques) qui l'environne est résolue par une mesure expérimentale des COD des criques et par le calcul de l'intensité du durcissement associé à l'endommagement.

     

An effective numerical stress intensity factor calculation with no crack discretization

An effective numerical procedure for calculating stress intensity factors (SIF) in plane problems based on a modified boundary element technique not requiring any crack discretization was proposed by Snyder [1]. Instead of the usual fundamental solution, he used Green's function for the problem of a traction-free central crack in an anisotropic plate.In the first part of the present paper, the corresponding Green's function for the isotropic problem, not explicitly included in [1], is presented. In addition to the central crack, a semi-infinite edge crack is considered. Both Green's functions are given for the case of the anti-plane state of strain as well. In the first step of the proposed procedure, the tractions and displacements along the outer boundary are calculated. In the second step, the SIF for modes I, II and III are derived in terms of simple boundary integrals over quantities known from the previous step. Contrary to Snyder's derivation, the determination of the SIF is based on the asymptotic displacement field at the crack tip. The method can easily be extended to multiple crack problems by using the subregion technique. Some illustrative examples demonstrate the effectiveness of the method.

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Résumé Snyder a proposé une procédure numérique pour le calcul des facteurs et intensité de contraintes dans les problèmes plans, en se basant sur une modification de la technique des éléments aux limites ne requérant pas de discrétisation de la fissure. Au lieu d'une solution fondamentale habituelle, il a utilisé une fonction de Green pour traiter le problème d'une fissure centrale libre de contraintes dans un plaque anisotrope.Dans la première partie de la présente étude, on présente la fonction de Green qui correspond à un problème isotrope, qui n'était pas explicitement couvert par le travail de Snyder. Outre le cas de la fissure centrale, on considère le cas de la fissure de bord dans un milieu semi-infini. Les deux fonctions de Green relatives au cas d'un état de déformation antiplanaire sont également communiquées. Dans une première étape de la procédure proposée, on calcule les sollicitations et déplacements le long du contour extérieur; dans une deuxième étape, on établit les facteurs d'intensité de contraintes relatifs aux modes I, II et III en terms d'intégrals sur un contour simple défini par les valeurs résultant de l'étape précédente. Contraitement à l'approche de Snyder, on détermine le facteur d'intensité des contraintes sur base du champs de déplacement asymptotique à l'extrémité de la fissure. Par la technique des sous-régions, on peut aisément étendre la méthode à des problèmes de fissuration multiples. L'efficacité de la méthode est illustrée par divers exemples.

     

Analysis of tensile test for a cracked adhesive layer pulled by rigid cylinders

The elastostatic axisymmetric problem for an infinite layer is considered. The layer is subjected to tensile forces laterally applied through rigid cylinders which are perfectly bonded to the layer on their flat ends. There is either a penny-shaped crack or an external notch in the mid-plane of the layer. The Hankel transform is used to solve the governing equations which are reduced to a system of three singular integral equations for cylinder-layer interface stresses and crack surface displacement derivative. Interface stresses, stress intensity factors around the edge of the cylinders and at the crack tips, and strain energy release rate for the crack are presented in graphical form.

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Résumé On traite comme un problème axysymétrique élasto-statique le cas d'une couche infinie, soumise à des forces de traction appliquées latéralement grâce à des cyclindres rigides qui lui sont parfaitement fixés par leurs extrémités plates.Dans le milieu du plan de la couche pré-existe une fissure en ongle ou une entaille extérieure. On utilise la transformée de Hankel pour résoudre les équations directrices, réduites à un système de trois intégrales singulières décrivant les contraintes d'interface entre les cylindres et la couche, et la dérivée des déplacements des surfaces de la fissure.On présente sous une forme graphique les contraintes d'interface, les facteurs d'intensité de contraintes sur les bords du cylindre et aux extrémités de la fissure, et la vitesse de libération de l'énergie de déformation au niveau de la fissure.

     

Computation of three-dimensional weight functions for circular and elliptical cracks

Three-dimensional mode I fundamental fields for circular and elliptical cracks in isotropic, finite bodies with prescribed displacement and traction boundaries are analyzed by a previously introduced finite element method [1]. For the circular crack, we present a procedure for determining the Fourier coefficients of the stress intensity factor by using the ordinary fundamental fields.

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Résumé En recourant à une méthode par éléments finis présentée précédemment (1), on analyse les champs fondamentaux à trois dimensions de Mode I correspondant à des fissures circulaires et elliptiques dans des corps finis isotropes, qui sont soumis à des limites définies de déplacements et de traction.Dans le cas d'une fissure circulaire, on présente une procédure pour déterminer les coefficients de Fourier du facteur d'intensité de contrainte, en utilisant les champs fondamentaux ordinaires.

     

Calculation of stress-intensity factors of cracks in nozzles

A three-dimensional finite element analysis of the stress-intensity factor for two different crack depths in nozzle of a nuclear reactor pressure vessel is presented.The stress-intensity factors are calculated using first a three-dimensional elastic crack-tip singularity element and secondly a modified compliance method.The results of the two methods are compared and show good agreement.

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Résumé On présente une analyse par éléments finis à trois dimensions du facteur d'intensité d'entaille correspondant à deux différentes profondeurs de fissuration dans un piètement d'une cuve de réacteur nucléaire.Les facteurs d'intensité des contraintes sont calculés en utilisant en premier lieu des éléments tridimensionnels décroissant la singularité élastique à la pointe de la fissure, et en second lieu une méthode de compliance modifiée.Les résultats des deux méthodes sont comparés et on constate leur bon accord.

     

Dynamic fracture toughness

Dynamic fracture toughness versus crack velocity relations of Homalite-100, polycarbonate, hardened 4340 steel and reaction bonded silicon nitride are reviewed and discrepancies with published data and their probable causes are discussed. Data scatter in published data are attributed in part to the observed fluctuations in crack velocities. The results reaffirmed our previous conclusion that the dynamic fracture toughness versus crack velocity relation is specimen dependent and that the dynamic crack arrest stress intensity factor is not a unique material property.

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Résumé On passe en revue les relations entre la ténacité à la rupture dynamique et la vitesse de propagation d'une fissure, dans le cas de l'Homalite-100, du polycarbonate, de l'acier 4340 durci, et de nitrure de silicium assemblé par liaisons chimiques. On relève les divergences par rapport aux données publiées, et leurs causes probables. On attribue la dispersion des données en partie aux fluctuations observées dans les vitesses de la fissure.Les résultats confirment les conclusions précédemment exprimées, selon lesquelles d'une part la relation qui lie la ténacité à la rupture dynamique à la vitesse de la fissure dépend de l'éprouvette, et d'autre part le facteur dynamique d'intensité de contraintes correspondant à l'arrêt d'une rupture n'est pas une propriété univoque du matériau.

     

Stress intensity factors for a semi-elliptical crack in the surface of a semi-infinite solid

The stress intensity factors are presented for a vertical semi-elliptical surface crack in an elastic semi-infinite body which is subjected to a constant pressure on the crack surface. The approach utilizes a singular integral equation which is defined over the crack area only, where the weakness of the stress singularity is taken into account near the corner points at which the crack periphery intersects the surface of the semi-infinite body.This pertinent approach provides the proper assessment of the stress intensity factors in the vicinity of the corner points, and reveals that the stress intensity factor reaches a maximum value near the corner point and then decreases to zero as the point is approached.

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Résumé On présente les facteurs d'intensité de contrainte pour une fissure de surface verticale semi-elliptique dans un corps élastique semi-infini soumis à une pression constante sur la surface de la fissure. L'approche utilisée recourt à une intégrale singulière définie uniquement sur la superficie de la fissure, où l'on prend en considération l'affaiblissement de la singularité des contraintes au voisinage des points où la périphérie de la fissure est en intersection avec la surface du corps semi-infini.Cette approche permet d'obtenir les facteurs d'intensité de contrainte au voisinage des points considérés et révèle que le facteur d'intensité des contraintes passe par un maximum en ceux-ci et décroît vers zéro lorsqu'on s'en éloigne.

     

Asymptotic solution of three-dimensional elasticity problems of elongated plane tensile cracks

Three-dimensional elasticity problems of plane tensile crack elongated along the plane curve are considered. The asymptotic solution of the problems is obtained by the method of outer and inner expansions applied directly to the two-dimensional integro-differential equation for the displacement of crack surface points. The formulae for crack opening and distribution of stress intensity factors are derived for various crack forms. Some estimates are found of the stress intensity factor in the small neighbourhoods of ends of the curve along which the crack extends and where the above mentioned asymptotic formulae don't hold. Comparison of obtained results with known analytical and numerical solutions demonstrates the high efficiency of our formulae.

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Résumé On considère les problèmes élastiques à trois dimensions caractérisant une fissure plane de traction s'étendant le long d'un plan. On obtient une solution asymptotiques en appliquant intégrodifférentielle à deux dimensions qui caractérise le déplacement des points de la surface de la fissure.On déduit les formules d'ouvertures de la fissure et de distribution des facteurs d'intensité de contrainte, pour diverses formes de fissures. On établit une estimation du facteur d'intensité d'entaille dans le proche voisinage des extrémités de la courbe le long de laquelle s'étend la fissure, et où ne s'appliquent pas les formules asymptotiques décrites ci-dessus.Une comparaison avec des résultats obtenus par des méthodes analytiques et numériques connues démontre que les formules proposées donnent entière satisfaction.

     

Crack propagation and crack arrest in stress gradients

Eshelby's and Freund's solutions for the arbitrary motion of a crack have been applied to the propagation and arrest of cracks in stress gradients in infinite and semi-infinite plates. It has been shown that for an embedded crack with one end moving the dynamic stress intensity factor can be greater than for a static crack of the same length and loading. Such a crack thus arrests at a length greater than would be predicted by a static analysis. However, with edge cracks, which are of greater practical importance, the dynamic stress intensity factor is less than the static value, and crack arrest can occur at crack lengths shorter than would be predicted from a static analysis, although, if the fracture toughness for crack arrest is very similar to the toughness for reinitiation of crack propagation, the crack can propagate further after the arrival of reflected waves at the crack tip, and the point where the crack finally stops will approach that given from a static analysis. Thus provided the arrest toughness can be properly identified, a static analysis gives a conservative answer for the arrest of an edge crack, but not for the arrest of an embedded crack.

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Résumé On présente l'application des solutions d'Eshelby et de Freund à la mouvement arbitraire d'une fissure à la propagation et l'arrête d'une fissure dans les gradients de la contrainte dans les plaques infinies et semi-infinies. On a démontré que dans le cas de la mouvement d'une extremité d'une fissure centrale le facteur d'intensité des contraintes peut être plus grand que la valeur de celui d'une fissure statique, et ainsi la fissure s'arrêtera à une longueur plus grande que ce qu'on prédirait d'une calculation statique. Cependant les facteurs dynamiques d'intensité des contraintes des fissures latérales, qui dans la pratique sont plus importantes, sont plus grands que les valeurs statiques, et une fissure peut s'arrêter à une longueur moins de cela qu'on prédirait d'une calculation statique, mais si la tenacité à l'arrête et la tenacité à la recommencement de la propagation ne sont pas très différentes, la fissure peut se propager plus loin après l'arrivée des ondes de contrainte à l'extremité de la fissure, et le point final de l'arrête se trouvera près du point, qu'on prédirait d'une calculation statique. Ainsi pourvu qu'on puisse déterminer correctement la tenacité à l'arrête, une calculation statique prédirait un resultat conservatif pour l'arrête d'une fissure latérale, mais prédirait une longueur trop petite pour l'arrête d'une fissure centrale.

     

Fracture and surface flaws in smooth and threaded round bars

Stress intensity solutions for a surface flaw in a round bar and a threaded round bar are presented. Loading cases include tension and pure bending. A finite element method, utilizing displacements in standard quadratic isoparametric elements adjacent to the crack edge, is used. The results, presented in dimensionless format, will be useful for determining fatigue life in various bolt and pin applications.

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Résumé On présente les solutions d'intensité de contraintes dans le cas d'un défaut de surface dans un barreau rond présentant ou non un filet. Les modes de sollicitation sont la traction et la flexion pure. On utilise une méthode par éléments finis, qui recourt à des déplacements dans des éléments standard isoparamétriques à quatre cotés, adjacents aux bords de la fissure.Les résultats, sous une forme sans dimension, seront utiles à la détermination de l'endurance en fatigue dans diverse applications de fixation par boulons et par tenons.

     

Boundary element analysis of CT specimens with straight and curved crack fronts

Stress intensity factors (SIFs) are computed by the boundary element method for standard compact tension specimens. Traction singular elements are employed along the crack front which enable SIFs not only to be extrapolated from crack opening displacements but also to be directly obtained as problem unknowns. Both straight and curved crack fronts are analyzed: the latter are taken to be in the form of circular arcs with curvature radii ranging from 3.145 to 0.707 the specimen thickness. The influence of Poisson's ratio on the stress intensity factor distribution is also investigated.

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Résumé On calcule les facteurs d'intensité des contraintes pour les éprouvettes normalisées de traction compactes par un méthode d'analyse d'éléments aux limites. Le long du front de fissure, on utilise des éléments singuliers en traction, ce qui permet non seulement d'extrapoler les facteurs d'intensité des contraintes à partir des déplacements d'ouverture de la fissure, mais aussi de les obtenir directement en tant qu'inconnues du problème. On analyse aussi bien les fronts de fissure droits que courbes, ces derniers étant considérés comme des arcs de cercle dont le rayon varie entre 0.3145 et 0.707 fois l'épaisseur de l'éprouvette. On étudie également l'influence du modèle de Poisson sur la distribution du facteur d'intensité des contraintes.

     

A damage model for creep crack growth

A model is developed for damage produced by the growth of isolated grain boundary cavities under power law creep. This damage model is combined with the small scale yielding stress and strain fields to predict the damage ahead of a stationary and a steadily propagating crack tip in an elastic-power law creeping material. A failure criterion, based upon the damage ahead of the crack tip attaining a critical value, is invoked. This criterion leads to predictions for the incubation time prior to initiation of crack growth and for the relationship between the remote stress intensity factor and the steady state crack speed. Results are presented for both elastic-primary and -secondary creep crack growth. In either case, there exists a minimum stress intensity factor below which steady state crack growth is not possible. Comparisons of the predictions of this model with others for steady state crack propagation in elastic-secondary creeping materials are also made.

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Résumé On développe un modèle décrivant le dommage produit par la croissance de cavités isolées aux frontières des grains sous l'effet d'un fluage selon une loi parabolique. Ce modèle d'endommagement est combiné aux champs de contrainte et de déformation conduisant à une plastification à petite échelle, en vue de prédire le dommage qui se produit en avant de l'extrémité d'une fissure stationaire et en propagation lente, dans un matériau soumis à fluage selon une loi élastique. On invoque un critère de rupture basé sur la valeur critique atteinte par le dommage en avant de l'extrémité de la fisure. Ce critère conduit à prédire le temps d'incubation avant amorçage de la croissance d'une fissure, ainsi que la relation entre le facteur d'intensité des contraintes appliquées à une certaine distance et la vitesse de croissance stable de la fissure.On présente les résultats dans les cas de croissance d'une fissure de fluage au stade secondaire. Dans les deux cas, il existe un facteur d'intensité de contrainte minimum en dessous duquel une croissance stable de la fissure n'est pas possible. On procède également à des comparaisons des prédictions données par ce modèle avec d'autres, pour la propagation en état stable d'une fissure dans des matériaux soumis à fluage secondaire élastique.