Innovative modeling of the crack path and stress intensity factor for arbitrary shaft configurations

Autor: Francesco Tornabene, Rossana Dimitri, Yong Li, Nicholas Fantuzzi
Přispěvatelé: Dimitri, R., Li, Y., Fantuzzi, N., Tornabene, F., Rossana, Dimitri, Yong, Li, Nicholas, Fantuzzi, Francesco, Tornabene
Jazyk: ruština
Rok vydání: 2017
Předmět:
Zdroj: Advanced Materials & Technologies.
ISSN: 2414-4606
Popis: Срок службы большинства технических сооружений и их компонентов, как известно, зависит от наличия дефектов, таких как отверстия, трещины или пустоты, которые обычно возникают в ходе производственного процесса. Во многих случаях разрастание, расширение и распространение трещин в теле, по-прежнему, остается сложной проблемой в механике разрушения. В статье предложена расширенная аналитическая модель, основанная на секционном методе, в целях прогнозирования направления трещин и вычисления фактора интенсивности напряжений для треснувшего вала в условиях нагрузки смешанного типа. Преимущество настоящей формулировки, в основном, связано с ее способностью прогнозировать направление распространения трещин внутри вала в условиях сочетающегося продольного, изгибного и крутильного нагружений. Аналитические результаты непосредственно сравниваются с теоретическими выражениями из имеющихся справочников и численными решениями, полученными с помощью расширенного метода конечных элементов. Данный подход достаточно хорошо согласуется с теоретическими и численными результатами, предложенными в литературе, подтверждая тем самым его потенциал для точных расчетов распространения трещин и факторов интенсивности напряжений в валах произвольной конфигурации.The lifetime of most engineering structures and components is known to depend on the presence of defects, such as holes, cracks or voids usually introduced during a manufacturing process. In many cases, the crack growth, extension and propagation within a body, still remains a challenging problem in fracture mechanics. The present paper proposes an extended analytical model based on a section method to predict the fracture direction and compute the stress intensity factors for a cracked shaft under mixed-mode loading conditions. The advantage of the present formulation is mainly related to its capability of predicting the direction of crack propagation within a shaft under coupled longitudinal, flexural and torsional loading conditions. The analytical results are straightforwardly compared with the theoretical expressions available from the handbooks and the numerical solutions found with the extended finite element method. The present approach agrees quite well with the theoretical and numerical results already proposed in the literature, thus confirming its potentials for accurate computations of the crack propagation and stress intensity factors for arbitrary configurations.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: