The fractal effect of irregularity of crack branching on the fracture toughness of brittle materials

Microstructural observations of brittle materials indicated that a variety of microdefect events can be responsible not only for inelastic behaviour, but also for macroscopic crack front irregularity. This irregularity produces an increase in the fracture toughness of the material. In this paper, this irregularity is analysed by fractal geometry in a very simple manner; a fractal model of crack branching is established. Both microscopic and macroscopic analytical results show that the toughness can be raised appreciably as a fractal geometric effect of the irregularity.

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Résumé Des observations microscopiques sur des matériaux fragiles ont montré qu'une variété d'évènements à l'échelle du microdéfaut peuvent être responsables non seulement du comportement inélastique, mais aussi de l'irrégularité du front d'une fissure macroscopique. Cette irrégularité provoque un accroissement de la ténacité à la rupture du matériau. Dans cette étude, on analyse de manière très simple cette irrégularité par fractogéométrie (Mandelbrot) et on établit un modèle fractal relatif à une fissure qui se ramifie. Les résultats de l'analyse microscopique et macroscopique montrent qu'un effet fractogéométrique de l'irrégularité du front de fissure est d'accroitre de manière appréciable la ténacité.