Расчет параметров механики разрушения на основе эвристического подхода к определению положения вершины трещины

Предложена экспериментально-численная методика определения параметров механики разрушения (коэффициентов интенсивности напряжений и Т-напряжений) на основе обработки с помощью метода наименьших квадратов полей тангенциальных перемещений, возникающих на поверхности компактного образца в окрестности вершины трещины. Ключевая особенность методики --- эвристический подход к определению локализации вершины трещины, основанный на учете особенностей конфигурации и представления полей перемещений, получаемых преимущественно методом корреляции цифровых изображений. Коэффициент интенсивности напряжений и Т-напряжение определены на основе разложения Вильямса по собственным функциям полей тангенциальных перемещений в окрестности вершины трещины. Показана эффективность предлагаемого подхода и выполнена оценка погрешности определения параметров механики разрушения в зависимости от точности определения локализации вершины трещины. Разработана программа, реализующая данный подход, который в перспективе может быть положен в основу методики оценки трещиностойкости натурных конструкций с поверхностными трещиноподобными дефектами с привлечением двухпараметрической механики разрушения

Литература

[1] Sumpter J.D.G. An experimental investigation of the T-stress approach // Constraint effects in fracture. ASTM STP 1171, 1993. Р. 492–502.

[2] Chao Y.J., Lam P.S., Zhang L. Effect of constraint on fracture controlled by stress or strain // Theoretical and applied fracture mechanics. 1998. Vol. 30. No. 1. Р. 75–86. DOI: 10.1016/S0167-8442(98)00043-3 URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167844298000433

[3] Hancock J.W., Reuter W.G., Parks D.M. Constraint and toughness parameterized by T // Constraint effects in fracture. ASTM STP 1171, 1993. Р. 21–40.

[4] Rice J.R. Limitations to the small scale yielding approximation for crack tip plasticity // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 1974. Vol. 22. No. 1. Р. 17–26. DOI: 10.1016/0022-5096(74)90010-6 URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0022509674900106

[5] Larsson S.G., Carlsson A.J. Influence of non-singular stress terms and specimen geometry on small-scale yielding at crack tips in elastic-plastic materials // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 1973. Vol. 21. No. 4. Р. 263–277. DOI: 10.1016/0022-5096(73)90024-0 URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0022509673900240

[6] Leevers P.S., Radon J.C. Inherent stress biaxiality in various fracture specimen geometries // International Journal of Fracture. 1982. Vol. 19. No. 4. Р. 311–325. DOI: 10.1007/BF00012486 URL: https://link.springer.com/article/10.1007/BF00012486

[7] Meliani M.H., Azari Z., Pluvinage G., Matvienko Yu.G. New approach for the T-stress estimation for specimens with a U-notch // CP2009. 2009. P. 203–214.

[8] Hild F., Roux S. Digital image correlation: from displacement measurement to identification of elastic properties — a review // Strain. 2006. Vol. 42. No. 2. Р. 69–80. DOI: 10.1111/j.1475-1305.2006.00258.x URL: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1475-1305.2006.00258.x/abstract

[9] Rastogi P.K., ed. Digital speckle pattern interferometry and related techniques. Wiley, 2000. 368 p.

[10] Schreier H., Orteu J.J., Sutton M.A. Image correlation for shape, motion and deformation measurements. Springer, 2009. 88 p.

[11] McNeill S.R., Peters W.H., Sutton M.A. Estimation of stress intensity factor by digital image correlation // Engineering Fracture Mechanics. 1987. Vol. 28. No. 1. Р. 101–112. DOI: 10.1016/0013-7944(87)90124-X URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/001379448790124X

[12] Roux S., Hild F. Stress intensity factor measurements from digital image correlation: post-processing and integrated approaches // International Journal of Fracture. 2006. Vol. 140. No. 1. Р. 141–157. DOI: 10.1007/s10704-006-6631-2 URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s10704-006-6631-2

[13] Lopez-Crespo P., et al. The stress intensity of mixed mode cracks determined by digital image correlation // The Journal of Strain Analysis for Engineering Design. 2008. Vol. 43. No. 8. Р. 769–780. DOI: 10.1243/03093247JSA419 URL: http://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1243/03093247jsa419

[14] Investigation of fatigue crack closure using multiscale image correlation experiments / P. Lopez-Crespo, A. Shterenlikht, E.A. Patterson, J.R. Yates, P.J. Withers // Engineering Fracture Mechanics. 2009. Vol. 76. No. 15. Р. 2384–2398.

[15] Mathieu F., Hild F., Roux S. Image-based identification procedure of a crack propagation law // Engineering Fracture Mechanics. 2013. Vol. 103. Р. 48–59. DOI: 10.1016/j.engfracmech.2012.05.007 URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013794412002020

[16] Lopez-Crespo P., Morenoa B., Lopez-Moreno A., Zapateroa J. Characterisation of crack-tip fields in biaxial fatigue based on high-magnification image correlation and electro-spray technique // International Journal of Fatigue. 2015. Vol. 71. Р. 17–25. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2014.02.016 URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142112314000759

[17] Williams M.L. The bending stress distribution at the base of a stationary crack // J. Appl. Mech. 1961. Vol. 28. No. 1. Р. 78–82. DOI: 10.1115/1.3640470

[18] ГОСТ 25.506–85. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении. М.: Стандартинформ, 2005. 61 с.