Macrocrack interaction with semi-infinite microcrack array

Abstract

The collinear periodical array of microcracks ahead of a semi-infinite crack (macrocrack) is considered. A close form solution in terms of complex stress potentials is given, assuming that a remote, macroscale, stress intensity factor is given. The exact solution of the interaction of a macrocrack with a single microcrack is given.

Results demonstrate that for relatively close location (with respect to crack length) of microcracks to the macrocrack tip, the microcrack spacing becomes important. For microcrack spacing (period) greater than 10 crack lengths the interaction can be taken as for a single microcrack, and, for distance greater than two microcrack lengths, the local stress intensity factor can be taken as equal to that remotely applied (for cases with crack spacing greater than two crack lengths).

In other cases the macro-microcrack interaction is significant.

Résumé

On prend en considération le cas d'une rangée de fissures périodiques et colinéaires qui se forment en avant d'une fissure macroscopique semi-infinie. On propose une solution de forme fermée, exprimée en potentiels complexes de contraintes, et qui suppose l'existence d'un facteur d'intensité de contrainte s'exerçant à une échelle macroscopique. On fournit la solution exacte à l'interaction entre une macro-fissure et une simple microfissure.

Les résultats présentés démontrent que, pour les micro-fissures relativement proches de l'extrémité de la macro-fissure, c'est leur espacement qui est important. Lorsque la période caractérisant l'espacement entre deux micro-fissures est supérieure ou égale à dix fois la longueur de la microfissure, l'interaction peut être assimilée à celle d'une micro-fissure simple. Lorsque la distance qui sépare la première micro-fissure de l'extrémité de la fissure est supérieure à deux fois la longueur de cette micro-fissure, et que la période entre deux micro-fissures successives excède deux fois leur longueur, l'interaction entre micro et macro-fissure peut être négligée pour le calcul du facteur d'intensité de contrainte à extrémité de la macro-fissure.

Dans les autres configurations, l'interaction devient significative et ne peut être négligée.