On energy balance criteria in ductile fracture

Abstract

This paper is concerned with a formulation and statement of energy balance criteria during slow crack growth and at inception of catastrophic rupture in relatively high strength ductile metals. The phenomena of necking in a tensile test and slow crack growth in a uniaxially loaded, transversely cracked sheet are taken as models for a general, conceptual analysis. The various mechanistic criteria of crack instability that have been suggested are critically evaluated, in light of recent experimental data, through simple mathematical-physical examples. A more general energy balance criterion for ductile fracture is proposed which is consistant with experimental observations and which reduces to the classical Griffith theory (both conceptually and mathematically) in the case of purely elastic, brittle fracture.

Résumé

Cette étude traite d' une formulation et constatation du critére d' équilibre d' énergie pendant la croissance lente d'une fissure et le commencement d' une rupture catastrophique dans les métaux ductiles de grande resistance. Les phénomènes d'étroitement dans un essai de traction et croissance lente d'une fissure dans une feuille soumise á une tension uniaxiale et fissurée transversalement, sont utilisés comme modéles pour une analyse conceptuelle et générals. Les différents critères mécaniques de l'ínstabilités d'une fissure qui ont été jusque ici recommendés, sont critiquement evalués dans la lumière de récentes données expérimentales par de simples exemples physico-mathématic. Un critère plus général pour l'équilibre d' énergie d'une fissure ductile est recommendé qui se conforme avec les observations expérimentales et qui se réduit á la théorie classique de Griffith (tant en conception que mathématiquement) dans le cas d'une rupture par fragilité, purement élastique.

Zusammenfassung

Diese Abhandlung bezicht sich auf die Formulierung and Erklaerung von Energie-Gleichgewichts — Kriteria waehrend des langsamen Wachsens von Rissen und beim ploetzlichen Reissen relativ hoch belastbarer Metalle grosser Ducktilitaet. Die Erscheinungen, dass sich eine Einschnuerung waehrend einer Zerreissproble bildet und dass eine Bruchstelle langsam in einem einachsig beanspruchten Blech mit querlaufendem Riss waechst, werden als Ausgangspunkte fuer eine grundsaetzlich allgemeine Analyse verwendet. Die verschiedenen mechanistischen, bereits vorgeschlagenen Kriteria der Riss-Instabilitaet werden kritisch im Lichte experimentell gewonnener Daten an Hand einfacher mathematisch-physikalischer Beispiele gewertet. Ein allgemeineres Energie-Gleichgewichts-Kriterium fuer Ducktilitaetsrisse wind vorgeschlagen, das mit experimentellen Beobachtungen uebereinstimmt und das sich (sowohl begrifflich wie auch mathematisch) in den Faellen rein elastisch, sproeder Rissibildung auf die klassische Griffith Theorie reduzieren laesst.