ISSN:
1432-0681
Source:
Springer Online Journal Archives 1860-2000
Topics:
Mechanical Engineering, Materials Science, Production Engineering, Mining and Metallurgy, Traffic Engineering, Precision Mechanics
Description / Table of Contents:
Übersicht Die schattenoptische Methode — auch Methode der Kaustik genannt — ist ein wichtiges Verfahren zur experimentellen Bestimmung des Spannungsintensitätsfaktors K an einer Rißspitze. Die vorliegende Arbeit verallgemeinert die schattenoptische Methode auf dynamische Rißausbreitungsvorgänge in optisch isotropen Materialien. Die Bestimmung des dynamischen Spannungsintensitätsfaktors an der Rißspitze schnellaufender Risse aus der Geometrie des Schattenflecks wird aufgezeigt und eine dynamische Korrekturfunktion angegeben. Glieder höherer Ordnung in den Westergaardschen Spannungsfunktionen werden beibehalten und deren Einfluß auf die Gestalt und Ausdehnung der Zone großer Verzerrungen um die Rißspitze sowie die Form und Größe der Kaustik werden untersucht. Bei Berücksichtigung des alleinigen singulären Anteiles des Spannungsfeldes um die Rißspitze zeigen die Rechnungen, daß die mit laufenden Rissen verbundenen K-Werte kleiner als die entsprechenden statischen sind, der Unterschied für praktische Zwecke jedoch erst bei Rißgeschwindigkeiten in der Umgebung der Verzweigungsgeschwindigkeit berücksichtigt werden muß. Die Glieder höherer Ordnung beeinflussen die Struktur der Beziehung zwischen Spannungsintensitätsfaktor und Kaustikdurchmesser. Die Auswerteformel, die im (statischen und dynamischen) singulären Fall eine D 5/2- Abhängigkeit des Spannungsintensitätsfaktors vom Kaustikdurchmesser zeigt, weist bei Berücksichtigung höherer Terme Abhängigkeiten der höheren Ordnungen n + 5/2(n = 1, ...). auf. Die Korrekturfaktoren für die K-Werte, die im singulären Fall nur von der Rißgeschwindigkeit abhängig sind, werden explizite Funktionen des Kaustikdurchmessers. Das Zusammenwirken von dynamischen Effekten und Einflüssen zufolge des nichtsingulären Spannungsfeldanteiles kann bei bestimmten Arten der Probenbelastung und Probengeometrie zu einer erheblichen Korrektur des K-Wertes führen. Im experimentell gewonnenen Schaubild, das die Rißgeschwindigkeit in Abhängigkeit des Spannungsintensitätsfaktors darstellt, verursacht die dynamische Korrektur eine Verschiebung der Kurve zu etwas niedrigeren K-Werten. Dies bedeutet, daß der K-Wert bei der Rißverzweigung kleiner ist als bisher angenommen; eine Tatsache, die besonders in Verbindung mit der SEN-Bruchprobe von Interesse ist.
Notes:
Summary The method of caustics is an optical method for experimental determination of stress intensity factors at crack tips. The paper generalizes the method of caustics to dynamic situations and the dynamic stress intensity factor at the tip of a running crack in an optically isotropic material is determined. Higher order terms of the Westergaard type stress functions are included and their effect on the shape and extension of the highly constrained zone surrounding a crack tip is discussed. Analytical equations for the caustic are presented. For the singular solution it is found that dynamic K-values associated with larger shadow spots are lower than their static counterparts. Higher order terms induce a generalized evaluation formula for the stress intensity factor where powers of the order n + 5/2 (n = 0, ...) of the caustic diameter are present. The effect of superposition of dynamic and higher order term corrections on the K-value is discussed. The dynamic correction implies that the K(c)-characteristic (c ... crack velocity) is to be modified towards lower values of K. This correction is negligible for small and moderate crack velocities justifying the use of static equations for practical purposes. The K-values for crack branching, however, turn out to be smaller than assumed hitherto, a fact which is of particular interest in connection with SEN-type fracture test specimens.
Type of Medium:
Electronic Resource
URL:
http://dx.doi.org/10.1007/BF00536551
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