Stress intensity factors for three-dimensional cracks

Abstract

The method of superposition of analytical and finite-element solutions is proposed for determining three-dimensional distributions of the stress intensity factor; the singular part of the solution is expressed by a linear combination of analytical solutions, and the rest by a finite-element solution. The method is applied to a round bar with a circumferential crack and plates with penetrating cracks. Detailed distributions of the stress intensity factor near the plate surfaces are investigated with the aid of Benthem's theory, which shows that less than 0.5% of the plate thickness is severely influenced by the plate surfaces in the case of a compact tension specimen. Computations for the present method can be performed with a general purpose program for finite element analysis without using special elements.

Résumé

La méthode de superposition des solutions analytiques et par éléments finis est proposée pour déterminer les distributions tri-dimensionnelles du facteur d'intensité des contraintes; la partie singulière de la solution est exprimée par une combinaison linéaire des solutions analytiques et le reste de la solution par une solution à éléments finis. La méthode est appliquée aux cas d'une barre ronde comportant une fissure circonférentielle, et de tôles comportant des fissures pénétrantes. Les distributions détaillées du facteur d'intensité de contrainte au voisinage des surfaces de la tôle sont analysées à l'aide de la théorie de Benthem, qui montre que moins de 0,5% de l'épaisseur de la tôle est sévèrement influencée par l'effet de surfaces dans le cas d'éprouvette de tension compacte. Les calculs de la méthode présentée peuvent être exécutés à l'aide d'un programme à objectifs généraux destiné à l'analyse par élément fini sans recourir à des éléments spéciaux.