Consideration of primary creep at a stationary crack tip: Implications for the C _t parameter

Abstract

A finite element creep analysis of a center crack specimen has been carried out under small scale to extensive creep conditions. The crack was assumed to be stationary. Several constitutive models were used; these consisted of elastic, power-law creep with and without rate-independent plasticity, as well as one which also included primary creep. The mechanics basis of the C _t parameter, which has been proposed for correlating creep crack growth behavior under conditions ranging from small scale to extensive creep, is explored.

For the aforementioned specimen geometry, consideration of primary creep seems to explain the differences between the measured and previously calculated load line deflection rates based on power-law creep only. It is also concluded that in small scale creep, C _t does not characterize the instantaneous crack tip singular stress field, but it accurately characterizes the rate of expansion of the crack tip creep zone regardless of whether primary or secondary creep is occurring. This result provides a rationale for using C _t to correlate creep crack growth rates even in the presence of significant primary creep deformation.

Résumé

On a procédé à une analyse par éléments finis du fluage d'une éprouvette comportant une fissure centrale, sous des conditions allant du fluage à petite échelle jusqu'à un fluage important. On suppose que la fissue est stationaire. Divers modèles ont été utilisés, à savoir la loi de fluage élastique ou parabolique, avec ou sans plasticité indépendante de la vitesse, ainsi qu'une loi incluant également le fluage primaire. On a étudié la base mécanistique du paramètre C _t, proposé pour relier le comportement de la croissance de la fissure de fluage sous des conditions entraînant un fluage depuis une petite échelle jusqu'à une grande échelle.

Pour la géométrie citée, les différences entre les vitesses de variation de la courbe de la charge, mesurées et précédemment calculées en se basant sur la seule loi parabolique de fluage, semblent applicables par la prise en considération du fluage primaire. On conclut également que lors de fluage à petite échelle, C _t ne caractérise pas le champ singulier de contraintes instantanées à l'extrémité de la fissure, mais plutôt, et de maniére sûre, la vitesse d'extension de la zone de fluage à l'extrémité de la fissure, qu'il y ait fluage primaire ou fluage secondaire. Ce tésultat fournit une base d'utilisation de C _t pour connaître les vitesses de croissance d'une fissure de fluage, même en présence d'une déformation de fluage primaire significative.