Дослідження впливу параметрів тріщиностійкості на критичне навантаження зразка з тріщиною нормального відриву при триточковому згині в рамках когезійної моделі

Abstract

У статті для аналізу процесу руйнування зразка з крайовою тріщиною I типу за умов триточкового згину використано когезійну модель зони передруйнування біля вершини тріщини. При цьому застосовано внутрішню модель з трапецоїдальним законом зчеплення–відриву в когезійній зоні. У скінченно-елементному дослідженні контактна взаємодія врахована штрафним методом. Проаналізовано вплив на критичне навантаження параметрів когезійної зони, таких як когезійна міцність і параметри форми. Продемонстровано як зі збільшенням когезійної міцності прогноз щодо критичного навантаження, отриманий в рамках нелінійної механіки руйнування, наближається до прогнозу, отриманого в рамках лінійної механіки руйнування.

In the presented study, a cohesive zone model is used to study the behavior of a specimen with a mode I edge crack under three-point bending. The cohesive zone includes an internal model characterized by a trapezoidal traction separation law. The parameter marking the beginning of the softening region of the law is investigated for its effect on the shape of the law. The contact interaction is examined using the penalty method in finite element analysis, and the effect of various cohesive zone parameters, such as cohesive strength and shape parameters, on the critical load is studied. It is found that an increase in cohesive strength leads to a decrease in cohesive length and an increase in crack mouth displacement. Moreover, it is observed that critical load predictions using nonlinear fracture mechanics agree more closely with linear fracture mechanics predictions as the cohesive strength increases. A similar effect is observed when the shape of the cohesion law approaches a uniform law. The study highlights the key role of cohesive zone parameters in influencing crack behavior and provides insights into their optimization to improve predictive modeling in fracture mechanics.