Contact strength of two elastic half-spaces with a circular recess

Abstract

The paper presents the analysis of the stress-and-strain state of a contacting couple consisting of two isotropic semi-infinite solids one of which has a small surface recess. Based on the classical criteria of fracture, namely the criterion of maximal principle stresses and criterion of maximal shear stresses, the regions of the most possible crack initial and plastic zones formation have been found. The brittle cracking can be induced by both tensile and compressive stresses arising at the interface. For some shape of the recess, considered as an example, the analysis reveals that the fracture starts from the contacting solids boundary.

Проаналізовано напружено-деформований стан контактної пари з двох ізотропних півбезмежних тіл, одне з яких має малу гладку виїмку. На підставі класичних критеріїв руйнування, а саме, критерію максимальних головних напружень та критерію максимальних дотичних напружень визначено найвірогідніші області зародження тріщин та області появи пластичних зон. Встановлено, що крихке руйнування може бути ініційоване напруженнями розтягу, що виникають в тілах внаслідок поверхневої неоднорідності, а також внаслідок напружень стиску. Для розглянутої у роботі форми виїмки максимальні значення головних напружень та максимальних дотичних напружень досягаються на поверхні контакту, що свідчить про поверхневе руйнування тіл.

Проанализирован напряженно-деформируемое состояние контактной пары из двух изотропных полубесконечных тел, одно из которых имеет локальную гладкую выемку. На основании классических критериев разрушения, а именно, критерии максимальных главных напряжений и максимальных касательных напряжений, определены наиболее вероятные области зарождения трещин и области появления пластичных зон. Установлено, что хрупкое разрушение может быть вызвано как сжимающими напряжениями, так и растягивающими напряжениями, которые возникают вследствие дефекта геометрической поверхностной структуры. Для рассмотренной в работе формы выемки максимальные значения главных напряжений и максимальных касательных напряжений достигаются на поверхности контакта, что свидетельствует о процессе поверхностного разрушения тел.