Модифицированная диаграмма трещиностойкости трехмерных тел с вырезами

Предложена модифицированная диаграмма трещиностойкости трехмерного тела с вырезом, учитывающая параметры стеснения деформаций в терминах несингулярных T_xx- и T_zz-напряжений в зоне разрушения перед фронтом вершины выреза. Для описания диаграмм трещиностойкости сформулирован локальный критерий разрушения, основанный на среднем максимальном тангенциальном напряжении в зоне процесса разрушения. При этом среднее максимальное тангенциальное напряжение равно локальной прочности в зоне разрушения, которая рассчитывается на основе критерия пластичности Хубера – Мизеса с учетом несингулярных T_xx- and T_zz-напряжений. Для отражения комбинированного эффекта параметров стеснения деформаций предложено использовать комплексный параметр стеснения деформаций у фронта вершины выреза трехмерного тела (T_z-параметр), отражающий стеснение деформаций как перпендикулярно, так и вдоль фронта вершины выреза посредством компонент несингулярных T_xx- и T_zz-напряжений. Установлено значительное влияние теоретического коэффициента концентрации напряжений, стеснения деформаций вдоль фронта вершины надреза и T_z-параметра стеснения деформаций на диаграммы трещиностойкости трехмерного тела с вырезом. Диаграммы трещиностойкости сдвигаются по оси абсцисс с увеличением теоретического коэффициента концентрации напряжений. Кроме того, диаграммы трещиностойкости трехмерного тела расположены между диаграммами, соответствующими условиям плоского напряженного состояния и плоской деформации. В случае неограниченного теоретического коэффициента концентрации напряжений (K_t → ∞) диаграммы трещиностойкости тела с вырезом трансформируются в диаграммы трещиностойкости тела с трещиной.

1. Zerbst U., Ainsworth R. A., Schwalbe K.-H. Basic principles of analytical flaw assessment methods / Int. J. Pressure Vessels Piping. 2000. Vol. 77. P. 855 – 867. DOI: 10.1016/s0308-0161(01)00008

2. Webster S., Bannister A. Structural integrity assessment procedure for Europe — of the SINTAP program overview / Eng. Fract. Mech. 2000. Vol. 67. P. 481 – 514. DOI: 10.1016/s0013-7944(00)00070-9

3. Ainsworth R. A., Bannister A. C., Zerbst U. An overview of the European flaw assessment procedure SINTAP and its validation / Int. J. Pressure Vessels Piping. 2000. Vol. 77. P. 869 – 876. DOI: 10.1016/s0308-0161(01)00009-6

4. Fuentes J. D., Cicero S., Ibáñez-Gutiérrez F. T., Procopio I. On the use of British standard 7910 option 1 failure assessment diagram to non-metallic materials / Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. 2018. Vol. 41. P. 146 – 158. DOI: 10.1111/ffe.12668

5. Guo W. Three-dimensional analyses of plastic constraint for through-thickness cracked bodies / Eng. Fract. Mech. 1999. Vol. 62. P. 383 – 407. DOI: 10.1016/s0013-7944(98)00102-7

6. Ainsworth R. A., O’Dowd N. P. Constraint in the failure assessment diagram approach for fracture assessment / J. Pressure Vessel Technol. 1995. Vol. 117. P. 260 – 267. DOI: 10.1115/1.2842125

7. Burdekin F. M., Xu W. G. Effects of biaxial loading and residual stresses on constraint / Int. J. Pressure Vessels Piping. 2003. Vol. 80. P. 755 – 773. DOI: 10.1016/j.ijpvp.2003.01.001

8. Neimitz A. Modification of Dugdale model to include the work hardening and in- and out-of-plane constraints / Eng. Fract. Mech. 2004. Vol. 71. P. 1585 – 1600. DOI: 10.1016/s0013-7944(03)00212-1

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

10. Matvienko Yu. G. Two-parametric fracture mechanics. — Moscow: Fizmatlit, 2020. — 208 p. [in Russian].

11. Sherry A. H., Wilkes M. A., Beardsmore D. W., Lidbury D. P. G. Material constraint parameters for the assessment of shallow defects in structural components. Part I. Parameter solutions / Eng. Fract. Mech. 2005. Vol. 72. P. 2373 – 2395. DOI: 10.1016/j.engfracmech.2004.12.009

12. Adib H., Jallouf S., Schmitt C., et al. Evaluation of the effect of corrosion defects on the structural integrity of X52 gas pipelines using the SINTAP procedure and notch theory / Int. J. Pressure Vessels Piping. 2007. Vol. 84. P. 123 – 131. DOI: 10.1016/j.ijpvp.2006.10.005

13. Pluvinage G. Analysis of failure emanating from a notch / Mater. Sci. 2020. Vol. 55. No. 6. P. 781 – 793. DOI: 10.1007/s11003-020-00371-8

14. Cicero S., Madrazo V., Carrascal I. A, Cicero R. Assessment of notched structural components using failure assessment diagrams and the theory of critical distances / Eng. Fract. Mech. 2011. Vol. 78. P. 2809 – 2825. DOI: 10.1016/j.engfracmech.2011.08.009

15. Cicero S. Assessment of structural materials containing notch-type defects: a comprehensive validation of the FAD-TCD methodology on metallic and non-metallic materials / Theor. Appl. Fract. Mech. 2024. Vol. 133. Part B. Art. 104612. DOI: 10.1016/j.tafmec.2024.104612

16. Huang X. Constraint-corrected failure assessment diagrams based on crack tip plastic zone which is the functions of Txx- and Tzz-stresses / Eng. Fract. Mech. 2024. Vol. 309. Art. 110403. DOI: 10.1016/j.engfracmech.2024.110403

17. Yusof F. Three-dimensional constraint-based failure assessment diagrams / Theor. Appl. Fract. Mech. 2023. Vol. 125. Part B. Art. 103889. DOI: 10.1016/j.tafmec.2023.103889

18. Neuber H. Theory of notch stresses: principles for exact calculation of strength with reference to structural form and material. — Berlin: Springer-Verlag, 1958. — 180 p.

19. Novozhilov V. V. On a necessary and sufficient criterion for brittle strength / J. Appl. Math. Mech. 1969. Vol. 33. P. 201 – 210. DOI: 10.1016/0021-8928(69)90025-2

20. Dyskin A. V. Crack growth criteria incorporating non-singular stresses: size effect in apparent fracture toughness / Int. J. Fract. 1997. Vol. 83. P. 191 – 206. DOI: 10.1023/a:1007304015524

21. Fenghui W. Prediction of intrinsic fracture toughness for brittle materials from the apparent toughness of notched-crack specimen / J. Mater. Sci. 2000. Vol. 35. P. 2543 – 2546. DOI: 10.1023/a:1004746508509

22. Kim J. H., Kim D. H., Moon S. I. Evaluation of static and dynamic fracture toughness using apparent fracture toughness of notched specimens / Mater. Sci. Eng. A. 2004. Vols. 387 – 389. P. 381 – 384. DOI: 10.1016/j.msea.2004.01.134

23. Matvienko Yu. G. Local fracture criterion to describe failure assessment diagrams for a body with a crack/notch / Int. J. Fract. 2003. Vol. 124. P. 107 – 112. DOI: 10.1023/b:frac.0000018229.08344.96

24. Matvienko Yu. G. Erratum: Local fracture criterion to describe failure assessment diagrams for a body with a crack/ notch / Int. J. Fract. 2005. Vol. 131. P. 309. DOI: 10.1007/s10704-004-5300-6

25. Pluvinage G. Fracture and fatigue emanating from stress concentrators. — Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 2003. — 233 p.

26. Taylor D. Predicting the fracture strength of ceramic materials using the theory of critical distances / Eng. Fract. Mech. 2004. Vol. 71. P. 2407 – 2416. DOI: 10.1016/j.engfracmech.2004.01.002

27. Jumei Lu, Jianhui Liu, Fei Zhou, et al. Fatigue life prediction of notched components based on energy gradient using reconstructed critical distance theory / Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. 2024. Vol. 47. P. 4228 – 4247. DOI: 10.1111/ffe.14432

28. Creager M., Paris P. C. Elastic field equations for blunt cracks with reference to stress corrosion cracking / Int. J. Fract. 1967. Vol. 3. P. 247 – 252. DOI: 10.1007/BF00182890

29. Nakamura T., Parks D. M. Determination of elastic T-stress along three-dimensional crack front an interaction integral / Int. J. Solids Struct. 1992. Vol. 29. P. 1597 – 1611. DOI: 10.1016/0020-7683(92)90011-h

30. Pokrovskii A. M., Matvienko Yu. G., Egranov M. P. Prediction of the durability of a plate with a through crack taking into account biaxial constraints of deformations along the front of a normal rupture crack / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2023. Vol. 89. No. 9. P. 53 – 63 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-9-53-63

31. Matvienko Yu. G, Pokrovskii A. M. Two-dimensional crack-tip constraint in the crack path prediction for a mixed mode I/II loading conditions / Eng. Fract. Mech. 2025. Vol. 323. Art. 111218. DOI: 10.1016/j.engfracmech.2025.111218

32. Smith E. Fracture initiation at the root of a blunt flaw: description in terms of Kr – Lr failure assessment curves / Int. J. Pressure Vessels Piping. 1999. Vol. 76. P. 799 – 800. DOI: 10.1016/s0308-0161(99)00048-4