search query: @keyword fracture mechanics / total: 11
reference: 3 / 11
| Author: | Åman, Mari |
| Title: | Interacting three-dimensional surface cracks under tensile loading |
| Kolmiulotteisten pintasäröjen vuorovaikutus vetokuormituksessa | |
| Publication type: | Master's thesis |
| Publication year: | 2015 |
| Pages: | (9) + 46 s. + liitt. 10 Language: eng |
| Department/School: | Insinööritieteiden korkeakoulu |
| Main subject: | Teknillinen mekaniikka (K3006) |
| Supervisor: | Remes, Heikki |
| Instructor: | Lindroth, Pasi |
| Electronic version URL: | http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201506303527 |
| Location: | P1 Ark Aalto 4327 | Archive |
| Keywords: | fatigue fracture mechanics surface crack stress intensity factor väsyminen murtumismekaniikka jännitysintensiteettikerroin pintasärö |
| Abstract (eng): | The majority of engineering failures are caused by fatigue. Fatigue failure is defined as the tendency of a material to fracture by means of progressive cracking under repeated alternating or cyclic stresses. Fatigue cracks tend to initiate from local stress concentrations, which are caused by changes in the stress distribution. If two cracks are close to each other's, they may have an effect to stress distributions. This phenomenon is called the interaction effect. The existing solutions for interacting three-dimensional cracks are very limited and the most of these solutions consider only two equal cracks. The objective of this work is to determine the stress intensity factors for various configurations of interacting three-dimensional surface cracks. Special emphasis is paid on dissimilar cracks, which size and shape was varied. The interaction effect analysis was carried out using the Body Force Method, which is based on the superposition principle applicable for elastic problems. Stress intensity factors of interacting cracks were obtained comparing the values of dimensionless stress intensity factors, i.e. by determining the interaction factors. The results obtained in this study are in good agreement with previous results; the interaction effect is negligibly small if there is enough space between the cracks to insert additional crack with the size of the smaller of the cracks. The results of this work revealed also that the interaction factors are highly dependent on the opening of the neighboring crack in the vicinity of the crack of interest. These are important and useful results, when the changes in stress intensity factors of various interacting crack problems are approximated. In this work, the investigations are focused on the analytical and numerical analysis of semi-elliptical surface cracks in tension. In addition, the developed solutions for interacting cracks are based on the assumption of linear elastic material behavior. Thus, to validate the results presented in this study, the fatigue experiments with different materials are necessary. Moreover, the material-dependency in interacting crack problems should be studied in detail to develop the general rule for interaction effect. |
| Abstract (fin): | Valtaosa koneiden ja rakenteiden vaurioista aiheutuu väsyttävän kuormituksen aiheuttamista murtumista. Väsymismurtumalla tarkoitetaan materiaalin etenevää säröytymistä syklisessä kuormituksessa. Säröt ilmaantuvat yleensä kohtiin, joissa jännityskonsentraatio on jostain syystä korkea. Jännityskonsentraatiot johtuvat muutoksista jännityskentässä. Jos kaksi säröä on lähellä toisiaan, ne saattavat aiheuttaa muutoksia toistensa jännityskenttiin. Tätä ilmiötä kutsutaan säröjen vuorovaikutukseksi. Olemassaolevia ratkaisuja vuorovaikuttaville kolmeulotteisille säröille on hyvin vähän ja lisäksi suurin osa näistä ratkaisuista käsittelee ainoastaan kahta samanlaista säröä. Tässä työssä määritetään jännitysintensiteettikertoimia vuorovaikuttaville kolmiulotteisille pintasäröille. Erityisesti tarkastellaan epäsymmetristen säröjen vuorovaikutusta. Jännitysintensiteettikertoimet kolmiulotteisille pintasäröille määritettiin Body Force -menetelmän avulla. Body Force -menetelmä perustuu superpositio-periaatteeseen, jota voidaan soveltaa aina elastisissa tapauksissa. Vuorovaikuttavien säröjen jännitysintensiteettikertoimet määritettiin vertaamalla dimensiottomia jännitysintensiteettikertoimia, eli määrittämällä ns. vuorovaikutuskerroin. Tulokset ovat yhdenmukaisia aikaisempien tuloksien kanssa: vuorovaikutus voidaan jättää huomioimatta, jos säröjen väliin sopii ylimääräinen pienemmän särön kokoinen särö. Lisäksi huomionarvoista on, että vuorovaikutuskertoimen suuruus riippuu huomattavasti siitä, kuinka paljon viereinen särö pääsee aukeamaan toisen särän läheisyydessä. Nämä tulokset ovat hyödyllisiä arvioitaessa jännitysintensiteettikertoimien muutoksia erilaisissa vuorovaikuttavien säröjen tapauksissa. Tässä työssä tutkittiin puolielliptisiä pintasäröjä vetokuormituksessa. Saadut tulokset nojautuvat lineaaris-elastiseen teoriaan, ja jotta analyyttiset ratkaisut voidaan varmentaa, tarvitaan väsymiskokeita erilaisilla materiaaleilla tutkimuksen tueksi. Näin voidaan tutkia yksityiskohtaisemmin materiaaliominaisuuksien vaikutusta vuorovaikutustapauksiin, ja pystytään luomaan yleinen sääntö säröjen vuorovaikutukselle. |
| ED: | 2015-08-16 |
INSSI record number: 51935
+ add basket
INSSI