The Crack Tip Opening Displacement in Elastic-Plastic Fracture Mechanics

1986 ◽  
Keyword(s):  
Fracture Mechanics ◽  
Crack Tip ◽  
Crack Tip Opening Displacement ◽  
Opening Displacement ◽  
Elastic Plastic ◽  
Crack Tip Opening

The Inelastic Line-Spring: Estimates of Elastic-Plastic Fracture Mechanics Parameters for Surface-Cracked Plates and Shells

1981 ◽  
Vol 103 (3) ◽  
pp. 246-254 ◽  
Author(s):  
D. M. Parks
Keyword(s):  
Fracture Mechanics ◽  
Crack Growth ◽  
Computing Time ◽  
Crack Tip ◽  
J Integral ◽  
Crack Tip Opening Displacement ◽  
Opening Displacement ◽  
Elastic Plastic ◽  
Plates And Shells ◽  
Crack Tip Opening

Recent studies of the mechanics of elastic-plastic and fully plastic crack growth suggest that such parameters as the J-integral and the crack tip opening displacement can, under certain conditions, be used to correlate the initiation and early increments of the ductile tearing mode of crack growth. To date, elastic-plastic fracture mechanics has been applied mainly to test specimen geometries, but there is a clear need for developing practical analysis capabilities in structures. In principle, three-dimensional elastic-plastic finite element analysis could be performed, but, in fact, such analyses would be prohibitively expensive for routine application. In the present work, the line-spring model of Rice and Levy [1-3] is extended to estimate the J-integral and crack tip opening displacement for some surface crack geometries in plates and shells. Good agreement with related solutions is obtained while using orders of magnitude less computing time.

scholarly journals A Numerical Analysis of Selected Elastic-Plastic Fracture Parameters for DEN(T) Plates under Plane Strain Conditions

2017 ◽  
Vol 22 (1) ◽  
pp. 49-80 ◽  
Author(s):  
M. Graba
Keyword(s):  
Numerical Analysis ◽  
Fracture Mechanics ◽  
Plane Strain ◽  
Plastic Material ◽  
Crack Tip ◽  
Limit Load ◽  
Material Model ◽  
Crack Tip Opening Displacement ◽  
Opening Displacement ◽  
Elastic Plastic

Abstract This paper provides a numerical analysis of selected parameters of fracture mechanics for double-edge notched specimens in tension, DEN(T), under plane strain conditions. The analysis was performed using the elastic-plastic material model. The study involved determining the stress distribution near the crack tip for both small and large deformations. The limit load solution was verified. The J-integral, the crack tip opening displacement, and the load line displacement were determined using the numerical method to propose the new hybrid solutions for calculating these parameters. The investigations also aimed to identify the influence of the plate geometry and the material characteristics on the parameters under consideration. This paper is a continuation of the author’s previous studies and simulations in the field of elastic-plastic fracture mechanics [4, 6, 16, 17, 31].

CTOD Application to Elastic-Plastic Fracture Mechanics Using Cyclic Ramberg-Osgood Law and HRR Solution

2012 ◽  
Author(s):  
Piotr Bednarz ◽  
Ilya Fedorov ◽  
Jaroslaw Szwedowicz
Keyword(s):  
Cyclic Loading ◽  
Fracture Mechanics ◽  
Crack Closure ◽  
Crack Tip ◽  
Compact Tension ◽  
Loading Conditions ◽  
Crack Tip Opening Displacement ◽  
Opening Displacement ◽  
Crack Tip Opening ◽  
Closure Effect

Very often in the open literature the crack propagation simulation is based on the linear elastic fracture mechanics. This article describes a novel application of the cyclic crack tip opening displacement (ΔCTOD) method for evaluation of the cyclic nonlinear energy release rate under large plasticity and cyclic loading conditions. In order to consider the cyclic loading in the Hutchinson-Rice-Rosengren (HRR) solution, the monotonic plastic deformation of the material behaviour needs to be replaced by its cyclic counterpart. During cyclic loading conditions, a reverse plasticity occurs and leads to a crack closure effect via blunting of the crack tip. As a result, crack flanks are in contact during compression. This effect is determined from the effective difference between the maximum and minimum crack deformation. Then, the cyclic crack tip opening displacement is evaluated by applying the Shih rule. The proposed extension of the HRR solution in application to cyclic loading conditions via stress and strain transformation as well as accounting for the crack closure effect is validated in a good agreement with Dowling and Begley Compact Tension (CT) experiment. Potential crack closure due to crack surface roughness is neglected in current modeling. The proposed methodology extends the existing HRR solution for the reliable lifetime prediction.

The Effects of In-Plane and Out-of-Plane Dimensions of a Curved Wide-Plate on Crack-Tip Constraint for Pipeline Fracture Assessment

2014 ◽  
Author(s):  
Hwee-Seung Lee ◽  
Nam-Su Huh ◽  
Ki-Seok Kim
Keyword(s):  
Fracture Toughness ◽  
Fracture Mechanics ◽  
Crack Tip ◽  
Standard Test ◽  
Crack Tip Opening Displacement ◽  
Opening Displacement ◽  
Out Of Plane ◽  
Dimensional Finite Element ◽  
Crack Tip Constraint ◽  
Crack Tip Opening

One important element of fracture mechanics assessment in pipelines is how to determine the relevant fracture toughness (J-resistance or CTOD-resistance (crack-tip opening displacement)) for nonlinear fracture mechanics analysis. The general practice using a standard fracture mechanics specimen is known to often provide conservative estimates of toughness due to differences in crack-tip constraints between standard specimens and actual components. To improve the accuracy of predicting pipeline failure, various non-standard fracture mechanics specimens have been suggested over the past few decades. Among the several non-standard test specimens, a curved wide-plate in tension is often employed to predict fracture behavior of cracked components, for instance, in gas transportation pipelines. In order to show validity of a curved wide-plate in tension, the fracture toughness values from a full-scale pipeline test have been compared with those from a curved wide-plate in tension, and crack-tip constraints of a curved wide-plate in tension have also been compared with those of actual pipelines or other specimens during last decades. It is well known that a crack-tip constraint of test specimens, including curved wide-plates in tension, depends on many geometric and material parameters, for instance, crack length, thickness and width of specimen and material’s hardening characteristic. Thus, in order to obtain relevant fracture resistance from a curved wide-plate in tension representing accurate crack-tip constraint of pipeline of interest, variations of crack-tip constraints of curved wide-plates in tension according to various in-plane and out-of-plane constraint conditions should systematically be quantified. In the present study, systematic 3-dimensional finite element analyses attempt to investigate the effect of in-plane and out-of-plane parameters on crack-tip constraints of a curved wide-plate in tension.

Estimation of CTOD in the Case of Very Thick Plates by Knowing CVN Value at a Given Temperature

2010 ◽  
Author(s):  
Sylvain Pillot ◽  
Ste´phanie Corre ◽  
Ce´dric Chauvy ◽  
Patrick Toussaint
Keyword(s):  
Mechanical Properties ◽  
Fracture Mechanics ◽  
Tensile Properties ◽  
Material Properties ◽  
Crack Tip ◽  
Heat Treatments ◽  
Crack Tip Opening Displacement ◽  
Opening Displacement ◽  
Thick Plates ◽  
Crack Tip Opening

Material properties assessment at given temperature and thickness is of primary importance for steelmakers. Generally, a list of mechanical properties requirements, namely tensile, Charpy V-Notch (CVN), fracture mechanics, as well as chemical or heat treatments limits are furnished by customers. Subsequently, the best compromise has to be found by the steel producer in order to reach these requirements. Concerning tensile and CVN properties, experience is large and metallurgists are used to determine the best product optimizations so as to reach the requirements’ values. However, optimization is generally more complicated regarding fracture mechanics. Tools are therefore needed in order to evaluate these properties with reference to conventional (i.e. tensile and CVN) properties. The objective of the present paper is to present some rules that can be used to extrapolate Crack Tip Opening Displacement (CTOD) values from CVN and tensile properties. Recent example is given to illustrate this methodology. In addition, special attention will be paid to the comparison of estimated and measured CTOD values.

Investigation of metal cored arc welded FCA (fatigue crack arrester) steel in terms of microstructure, toughness and tensile properties

2018 ◽  
Author(s):  
Εμμανουήλ-Μάριος Καζασίδης
Keyword(s):  
Fatigue Crack ◽  
Tensile Properties ◽  
Arc Welding ◽  
Crack Tip ◽  
Crack Tip Opening Displacement ◽  
Opening Displacement ◽  
Crack Arrester ◽  
Crack Tip Opening ◽  
Welding Technique

Η παρούσα διδακτορική διατριβή αποσκοπεί στη μελέτη συγκολλήσεων ελασμάτων χάλυβα τύπου ΑΗ-40 FCA (Fatigue Crack Arrester), πάχους 13 mm, οι οποίες πραγματοποιήθηκαν με τη μέθοδο τόξου κοίλου ηλεκτροδίου με πυρήνα μεταλλικής σκόνης (Μetal Cored Arc Welding technique-MCAW). Η συγκεκριμένη μέθοδος συγκόλλησης επιλέχθηκε επειδή συνίσταται σε αυτοματοποιημένες διαδικασίες συγκόλλησης και ιδιαίτερα με πολλαπλά περάσματα καθώς δεν απαιτεί ενδιάμεσο καθαρισμό σκωρίας (σε αντίθεση με την FCAW). Κατά συνέπεια, οι συγκολλήσεις πραγματοποιήθηκαν με χρήση ρομποτικού μηχανισμού προκειμένου να εξασφαλιστεί η επαναληψιμότητα και η ακρίβεια των πειραματικών δοκιμών.Η διαδικασία που ακολουθήθηκε για τη μελέτη των συγκολλήσεων του χάλυβα AH-40 FCA περιλαμβάνει την εκτέλεση προπαρασκευαστικών-διερευνητικών πειραμάτων, τη διαδικασία βελτιστοποίησης ως προς τη μικροδομή και των ιδιοτήτων ένταντι εφελκυστικής φόρτισης, τη μελέτη της δυσθραυστότητας καθώς και την κατασκευή αναλυτικού μοντέλου. Πιο συγκεκριμένα: Aρχικά καθορίστηκε το εύρος των συνθηκών συγκόλλησης. Η σχετική μελέτη πραγματοποιήθηκε μέσω της διεξαγωγής μεμονωμένων στρώσεων μετάλλου στην επιφάνεια των χαλύβδινων ελασμάτων. Τα πειραματικά αποτελέσματα σε συνδυασμό με τη βιβλιογραφική ανασκόπηση, καθόρισαν το εύρος των εντέλει χρησιμοποιηθησών ρυθμών εισαγωγής θερμότητας (0.5-2.5 kJ/mm με βήμα 0.5 kJ/mm). Στη συνέχεια, η βελτιστοποίηση της συγκόλλησης πραγματοποιήθηκε βάσει των αποτελεσμάτων του μικροδομικού χαρακτηρισμού και των δοκιμών εφελκυσμού εγκαρσίως της διεύθυνσης συγκόλλησης. Σε αυτό το στάδιο τα παρακάτω κριτήρια καθορίστηκαν ως κρίσιμα για την επίτευξη της βέλτιστης συγκολλητής δομής:- Έκταση θερμικά επηρεασμένης ζώνης (η ελαχιστοποίηση του πλάτους της είναι επιθυμητή). Χρήση στερεοσκοπίου.- Ομοιογένεια των μικροδομικών συστατικών μεταξύ της θερμικά επηρεασμένης ζώνης, της ζώνης τήξης και του μετάλλου βάσης (η μέγιστη ομοιογένεια είναι επιθυμητή). Χρήση οπτικής μικροσκοπίας, ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης.- Κατανομή μικροσκληρομετρήσεων (ομαλή κατανομή είναι επιθυμητή, πλησιέστερη στη τιμή αναφοράς, δηλαδή στη μικροσκληρότητα του μετάλλου βάσης). Χρήση της μεθόδου Vickers.- Όριο διαρροής της συγκόλλησης (επιθυμητή η μεγιστοποίηση του ορίου διαρροής). Δοκιμή εφελκυσμού εγκαρσίως της διεύθυνσης συγκόλλησης- Αντοχή σε εφελκυσμό (επιθυμητή η μεγιστοποίηση της αντοχής). Δοκιμή εφελκυσμού εγκαρσίως της διεύθυνσης συγκόλλησης.-Επιμήκυνση θραύσης ως δείκτης της ολκιμότητας (επιθυμητή η μεγιστοποίησης της επιμήκυνσης). Δοκιμή εφελκυσμού εγκαρσίως της διεύθυνσης συγκόλλησης. Έπειτα, η μελέτη επικεντρώθηκε στη διερεύνηση της βέλτιστης συγκόλλησης και πιο συγκεκριμένα στην περιοχή που παρουσιάζει τη μέγιστη υποβάθμιση των μηχανικών ιδιοτήτων. Σε αυτήν πραγματοποιήθηκαν δοκιμές με χρήση προρωγματωμένων δοκιμίων για τη μέτρηση της δυσθραυστότητας με τις μεθόδους Charpy V-notch και CTOD (Crack tip opening displacement).Παράλληλα με την πειραματική διαδικασία πραγματοποιήθηκε η ανάπτυξη ενός αιτιοκρατικού αναλυτικού μοντέλου το οποίο χρησιμοποιεί ρητές-μαθηματικές εξισώσεις με διττό στόχο: την πρόβλεψη του εμβαδού της περιοχής ενίσχυσης ενός κορδονιού ευθείας ραφής, καθώς και του απαιτούμενου αριθμού κορδονιών σε μία συγκόλληση με πολλαπλά περάσματα. Η αξιοπιστία των προβλεπόμενων αποτελεσμάτων και η επαναληψιμότητα του μοντέλου επιβεβαιώθηκαν πειραματικά.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document