Двухпараметрический упругопластический критерий разрушения и скорректированная вязкость разрушения

Приведены основные положения J-A концепции упругопластической двухпараметрической механики разрушения, основанной на трехчленном асимптотическом описании поля напряжений у вершины трещины. Отмечено, что поле упругопластических напряжений у вершины трещины контролируется двумя параметрами механики разрушения — J-интегралом и параметром A. Последний является мерой отклонения поля напряжений от HRR поля напряжений и может быть рассмотрен в качестве параметра упругопластического стеснения деформаций у вершины трещины в условиях как маломасштабного пластического течения, так и развитого пластического течения. Приведены результаты исследования влияния показателя деформационного упрочнения материала, длины трещины и толщины стандартных образцов с трещиной на упругопластический коэффициент интенсивности напряжений и параметр A. Сформулирован двухпараметрический упругопластический J-A критерий разрушения, основанный на связи между J-интегралом и деформацией (напряжением) на поверхности трещины-выреза и принципе линейного суммирования повреждений. Для отражения стеснения деформаций в вершине трещины в критериальное уравнение введен параметр A в виде функции приложенных разрушающих напряжений. Упругопластическая вязкость разрушения в функции параметра стеснения деформаций в вершине трещины в критерии разрушения интерпретируется как скорректированная упругопластическая вязкость разрушения образца с трещиной при соответствующих параметрах А стеснения деформаций. Приведены результаты исследования нормализованной скорректированной вязкости разрушения в функции разрушающих напряжений, относительной длины трещины и показателя деформационного упрочнения материала.

1. Matvienko Yu. G. Two-parameter fracture mechanics. — Moscow: Fizmatlit, 2021. — 208 p. [in Russian].

2. RF Pat. 2564696. The model for determination of the pipe fracture toughness / Matvienko Yu. G., Gubeljak N.; applicant and owner: Mechanical Engineering Research Institute of the Russian Academy of Scoences. N 2014122236/28; appl. 02.06.14; publ. 10.10.15. Byull. Otkryt. Izobret. N 28 [in Russian].

3. Likeb A., Gubeljak N., Matvienko Yu. G. Finite element estimation of the plastic ηpl factors for pipe-ring notched bend specimen using the load separation method / Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. 2014. Vol. 37. P. 1319–1329.

4. Damjanović D., Kozak D., Matvienko Y., Gubeljak N. Correlation of Pipe Ring Notched Bend (PRNB) specimen and Single Edge Notch Bend (SENB) specimen in determination of fracture toughness of pipe material/ Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. 2017. Vol. 40. P. 1251–1259.

5. Capelle J., Matvienko Yu. G., Pluvinage G. The fracture toughness and hydrogen embrittlement of tubes, containing notches / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2009. Vol. 75. N 3. P. 43–48 [in Russian].

6. Matvienko Yu. G. Models and criteria of fracture mechanics. — Moscow: Fizmatlit, 2006. — 328 p. [in Russian].

7. Williams M. L. On the stress distribution at the base of a stationary crack / J. Appl. Mech. 1957. Vol. 24. P. 109–114.

8. O’Dowd N. P., Shih C. F. Family of crack-tip fields characterised by a triaxiality parameter: Part I. Structure of fields / J. Mech. Phys. Solids. 1991. Vol. 39. P. 989–1015.

9. O’Dowd N. P., Shih C. F. Family of crack-tip fields characterized by a triaxiality parameter: Part II. Fracture applications / J. Mech. Phys. Solids. 1992. Vol. 40. P. 939–963.

10. Yang S., Chao Y. J., Sutton M. A. Higher-order asymptotic fields in a power law hardening material / Eng. Fract. Mech. 1993. Vol. 45. P. 1–20.

11. Nikishkov G. P. An algorithm and a computer program for the three-term asymptotic expansion of elastic — plastic crack tip stress and displacement fields / Eng. Fract. Mech. 1995. Vol. 50. P. 65–83.

12. Nikishkov G. P., Bruckner-Foit A., Munz D. Calculation of the second fracture parameter for finite cracked bodies using a three-term elastic-plastic asymptotic expansion / Eng. Fract. Mech. 1995. Vol. 52. P. 685–701.

13. Pook L. P. The linear elastic analysis of cracked bodies, crack paths and some practical crack path examples / Eng. Fract. Mech. 2016. Vol. 167. P. 2–19.

14. Pluvinage G., Capelle J., Hadj Meliani M. A review of fracture toughness transferability with constraint and stress gradient / Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. 2014. Vol. 37. P. 1165–1185.

15. Gupta M., Alderliesten R. C., Benedictus R. A. Review of T-stress and its effects in fracture mechanics / Eng. Fract. Mech. 2015. Vol. 134. P. 218–241.

16. Matvienko Yu. G. The effect of crack-tip constraint in some problems of fracture mechanics/ Eng. Fail. Anal. 2020. Vol. 110. Article 104413.

17. Hutchinson J. W. Singular behaviour at the end of a tensile crack in a hardening materials / J. Mech. Phys. Solids. 1968. Vol. 16. N 1. P. 13–31.

18. Rice J. R., Rosengren G. F. Plane strain deformation near a crack tip in a power law hardening materials/ J. Mech. Phys. Solids. 1968. Vol. 16. N 1. P. 1–12.

19. Matvienko Yu. G., Nikishkov G. P. Two-parameter J-A concept in connection with crack-tip constraint / Theor. Appl. Fract. Mech. 2017. Vol. 92. P. 306–317.

20. Li F. Z., Shih C. F., Needleman A. A. Comparison of methods for calculating energy release rates / Eng. Fract. Mech. 1985. Vol. 21. P. 405–421.

21. Nikishkov G. P., Atluri S. N. Calculation of fracture mechanics parameters for an arbitrary three-dimensional crack by the equivalent domain integral method / Int. J. Numer. Meth. Eng. 1987. Vol. 24. P. 1801–1821.

22. Nikishkov G. P., Vershinin A. V., Nikishkov Y. G. Mesh-independent equivalent domain integral method for J-integral evaluation / Adv. Eng. Softw. 2016. Vol. 100. P. 308–318.

23. Nikishkov G. P., Matvienko Yu. G. Elastic-plastic constraint parameter A for test specimens with thickness variation / Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. 2016. Vol. 39. P. 939–949.

24. Anderson T. L. Fracture Mechanics: Fundamentals and Applications. — Boca Raton: Taylor & Francis Group, 2005. — 610 p.

25. Chao Y. J., Yang S., Sutton M. A. On the fracture of solids characterized by one or two parameters: theory and practice / J. Mech. Phys. Solids. 1994. Vol. 42. P. 629–647.

26. Ritchie R. O., Knott J. F., Rice J. R. On the relationship between critical tensile stress and fracture toughness in mild steel / J. Mech. Phys. Solids. 1973. Vol. 21. P. 395–410.

27. Beremin F. M. A local criterion for cleavage fracture of nuclear pressure vessel steel / Metall. Mater. Trans. A. 1983. Vol. 14. P. 2277–2287.

28. Mudry F. A local approach to cleavage fracture / Nucl. Eng. Design. 1987. Vol. 105. P. 65–76.

29. Nikishkov G. P. Prediction of fracture toughness dependence on constraint parameter A using the weakest link model / Eng. Fract. Mech. 2016. Vol. 152. P. 193–200.

30. Matvienko Yu. G. J-estimation formulas for nonlinear crack problem / Int. J. Fracture. 1994. Vol. 68. P. R15–R18.

31. Matvienko Yu. G. Aproximate solution for hardening solids with a crack / Recent Advances in Fracture // R. K. Mahidhara, A. B. Geltmacher, K. Sadananda, and P. Matic, Eds. — Warrendale: TMS publ., 1997. P. 307–313.

32. Ding P., Wang X. An estimation method for the determination of the second elastic — plastic fracture mechanics parameters / Eng. Fract. Mech. 2012. Vol. 79. P. 295–311.

33. Kumar V., German M. D., Shih C. F. An engineering approach for elastic-plastic fracture analysis. EPRI report NP-1931. — Palo Alto, CA: Electric Power Research Institute, 1981.

34. Kogaev V. P., Makhutov N. A., Gusenkov A. P. Calculations of machine parts and structures for strength and durability: Handbook. — Moscow: Mashinostroenie, 1985. — 224 p. [in Russian].

35. Ding P., Wang X. Solutions of the second elastic — plastic fracture mechanics parameter in test specimens / Eng. Fract. Mech. 2010. Vol. 77. P. 3462–3480.

36. Sumpter J. D. G. An experimental investigation of the T-stress approach / Constraint Effects in Fracture, ASTM STP 1171 // E. M. Hackett, K.-H. Schwalbe and R. H. Dodds, Eds. — Philadelphia: ASTM, 1993. P. 492–502.