Abstract
A theoretical investigation has been performed to determine the influence of load biaxiality on quantities pertinent to the brittle (elastic) fracture of an infinite sheet containing a pair of collinear cracks. It is shown how the biaxiality of the applied load affects the stress, the displacements and the maximum shear near the ends of the cracks, as well as the angle of initial crack extension and the displacement of the crack borders. The influence of load biaxiality on the rate at which the elastic strain energy of the entire body is altered with change in the length of the cracks is also demonstrated, and is used in conjunction with Griffith's crack instability hypothesis to show the effect of load biaxiality on the fracture load. The analysis indicates that loads applied parallel to the cracks influence the value of the critical (fracture) tensile load applied perpendicular to them, and that the Poisson ratio of the material determines the characteristics of this influence.
Résumé
On a procédé à une étude théorique en vue de déterminer l'influence de la biaxialité de la mise en charge sur les paramètres qui déterminent la rupture fragile (élastique) dans une feuille infinie comportant une paire de fissures colinéaires. On montre comment la biaxialité de charge appliquée affecte la contrainte, les déplacements et le cisaillement maximum au voisinage des extrémités des fissures, de même que l'angle de l'extension de fissure initiale et que le déplacement des bords de la fissure. L'influence de la biaxialité des charges sur la vitesse à laquelle l'énergie de déformation élastique de l'ensemble du corps se trouve altéré par le changement de longueur des fissures, est également démontrée. En combinaison avec l'hypothèse d'instabilité de fissure de Griffith, on fait usage de cette influence pour montrer l'effet de la biaxialité de contrainte sur la charge de ruine. L'analyse indique que les contraintes appliquées parallèlement aux fissures influencent la valeur de la charge critique de traction conduisant à rupture appliquée perpendiculairement à celles-ci, et que le module de Poisson du matériau détermine les caractéristiques de cette influence.
Similar content being viewed by others
References
J. Eftis, N. Subramonian and H. Liebowitz,Engineering Fracture Mechanics 9 (1977) 189–210.
J. Eftis, N. Subramonian and H. Liebowitz,Engineering Fracture Mechanics 9 (1977) 753–764.
J. Eftis and N. Subramonian,Engineering Fracture Mechanics 10 (1978) 43–67.
J. Eftis and N. Subramonian,AIAA Journal 18, No. 3 (1980) 324–332.
J. Eftis and D.L. Jones,International Journal of Fracture 20 (1982) 267–289.
D.L. Jones and J. Eftis, “Fracture and Fatigue Characteristics of Aircraft Structural Materials Under Biaxial Loading,” Final Scientific Report to AFSOR, April 1981.
T.J. Willmore,Quarterly Journal of Mechanics and Applied Mathematics II (1949) 53–63.
F. Erdogan, inProceedings 4th U.S. National Congress Applied Mechanics I, ASME (1962) 547–553.
M. Maiti, S.K. De and S.S. Palit,International Journal of Fracture 15, No. 1 (1979) 41–46.
N.I. Muskhelishvili,Some Basic Problems of the Mathematical Theory of Elasticity, Nordhoff, Groningen (1963).
A.A. Griffith,Philosophical Transactions, Royal Society London 221 (1921) 163–198.
A.A. Griffith, inProceedings 1 st International Congress of Applied Mechanics, Delft (1924) 55–63.
I.S. Sokolnikoff,Mathematical Theory of Elasticity, McGraw Hill, New York (1956).
W. Kaplan,Advanced Calculus, Addison-Wesley, Reading, Mass. (1959).
G.C. Sih,International Journal of Fracture Mechanics 2 (1966) 628–631.
J. Eftis and H. Liebowitz,International Journal of Fracture Mechanics 8 (1972) 383–391.
R.G. Bartle,The Elements of Real Analysis, J. Wiley, New York (1964).
Author information
Authors and Affiliations
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Eftis, J. Influence of load biaxiality on the fracture characteristics of two collinear cracks. Int J Fract 24, 59–80 (1984). https://doi.org/10.1007/BF00020268
Received:
Revised:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/BF00020268