Modeling of fatigue crack growth in plates under arbitrary Mode I stress

Abstract

Possible simplifications in fatigue crack growth modeling of cracks in plates under arbitrary Mode I stress distribution were investigated using WF2D method based on 2-D weight function. It is important if analytical methods are used, where some restrictions regarding stress distribution and crack shape exist. The performed analyses revealed a small impact of the idealized initial crack shape (aspect ratio) used to replace the actual defect shape. They also confirmed that averaging of stress distribution over the entire crack plane may be a reasonable simplification in analytical crack growth analysis.

Спрогнозовано розвиток тріщини за методом, що ґрунтується на ваговій функції (WF2D) обчислення інтенсивності напруження. Його перевага порівняно з аналітичними у тому, що моделюють складний розвиток тріщини в довільних нелінійних полях напружень. Встановлено, що моделювання переходу від напівеліптичного до прямого розвитку тріщини в пластинах (необхідне в класичних методах) не потребує особливих зусиль, тому що пропоновані довжини початкової прямої тріщини істотно не впливають на прогнозовану міцність. За результатами визначення міцності під час розвитку півеліптичної тріщини можна зробити висновки, що доцільніше замінити довільний розподіл напружень, використовуючи аналітичні методи прогнозування.

Спрогнозировано развитие трещины с помощью метода, основанного на весовой функции (WF2D) вычисления интенсивности напряжений. Его преимущество в сравнении с аналитическими в том, что моделируется сложное развитие трещины в произвольных нелинейных полях напряжений. Выявлено, что моделирование перехода от полуэллиптического к прямому развитию трещины в пластинах (необходимое в классических методах) не требует особых усилий, потому что предлагаемые длины начальной прямой трещины существенно не влияют на предсказываемую прочность. За результатами определения прочности при развитии полуэллиптической трещины можно сделать выводы, что целесообразнее заменить произвольное распределение напряжений с помощью аналитических методов прогнозирования.