Stress intensity factors in cracked cylindrical shells under tension

Abstract

The singular stress field at the tip of a circumferential crack in a cylindrical shell under axial tension was studied by the optical method of caustics. The material of the shell was considered as linearly elastic and optically anisotropic. A complete study of the influence of the optical anisotropy of the material of the shell, the shell curvature and the characteristics of the optical set-up, on the shape and size of the caustics formed by illuminating the shell by a divergent or parallel light beam was undertaken. The stress intensity factor for the crack tip was evaluated by interrelating this quantity with the geometric characteristics of the caustics. Stress intensity factors evaluated experimentally on shells made either of an optically inert material (plexiglas) or of an optically active material (polycarbonate) compared favorably with the already existing theoretical solutions.

Résumé

On étudie la singularité du champ de tensions à l'extrémité d'une fissure circulaire dans une enveloppe cylindrique sous tension axiale par la méthode optique des caustiques. On considère que le matériau de l'enveloppe est linéaire élastique et anisotrope du point de vue optique. On entreprend une étude complète de l'influence de l'anisotropie optique du matériau, de la courbure de l'enveloppe et des caractéristiques de l'installation optique sur la forme et de la dimension des caustiques qui se forment lorsqu'on éclaire l'enveloppe par un rayon lumineux divergent ou parallèle. Le facteur d'intensité des contraintes relatif à l'extrémité de la fissure est évalué en le mettant en relation avec les caractéristiques géométriques des caustiques. On constate que les facteurs d'intensité des contraintes qui sont évalués par voie expérimentale sur des enveloppes en matériau optiquement inerte (plexiglas) ou en matériau optiquement actif (polycarbonate) soutiennent la comparaison avec les solutions existantes établies par voie théorique.