The distribution of the elastic strain-energy density at the crack tip for fracture modes I and II

Abstract

The study of the distribution of the elastic-strain energy density at the tip of a crack presents a special interest for the understanding of the mechanism of fracture. In this investigation an exhaustive theoretical analysis of the distribution of the elastic-strain energy density at the tip of a crack for cracks in isotropic elastic media deformed under modes I and II was developed.

This study was complemented by an experimental solution of this type of problem, based on the method of reflected caustics. According to this method the distribution of the elastic-strain energy density was evaluated along a circular closed curve, defining the singular core around the crack-tip, which was dominated by the singularity at the crack tip and whose diameter is very small, not exceeding a few millimeters. In this way the situation at the crack-tip singularity was directly depicted on the energy density distribution. Interesting results concerning the factors influencing the mode of the strain energy distribution around the crack and the type of the crack path were derived.

Résumé

L'étude de la distribution de la densité d'énergie de déformation élastique à l'extrémité d'une fissure présente une intéret particulier pour comprendre le mécanisme de la rupture. Dans cette étude, on a développé une analyse théorique exhaustive de la distribution de la densité d'énergie de déformation élastique à l'extrémité d'une fissure dans le cas de fissures situées dans un milieu élastique isotrope déformé selon les models I et II. Cette étude a été complétée par une solution expérimentale de ce type de problème basée sur la méthode des caustiques réfléchies. Selon cette méthode, la distribuiton de la densité d'énergie de déformation élastique est évaluée le long d'une courbe fermée circulaire définissant un noyau singulier autour de l'extrémité de la fissure qui est influencé par la singularité à l'extrémité de la fissure, et dont le diamètre est tres petit et n'excède pas quelques millimètres. Par cette voie, la situation à la singularité de lextrémité de la fissure a été dépeinte directement sur base de la distribution de densité d'énergie. Des résultats intéressants concernant les facteurs qui influencent le mode de distribution d'énergie de déformation au voisinage de la fissure ainsi que du type de chemin de fissuration ont pu être dérivés.