Axially symmetric thermal stress of a penny-shaped crack subjected to general surface temperature

Summary

Axially symmetric stress distribution in the neighbourhood of a penny-shaped crack stituated in an infinite isotropic elastic solid under general surface loadings and general surface temperature is considered. Surface loadings and surface temperature applied on the crack surfaces are axisymmetric but they are unsymmetrical about the crack planez=0. The equations of equilibrium of an elastic solid conducting heat have been solved using Hankel transforms and Abel integral operator of the second kind. The stresses, displacements, temperature and flux functions at a general point in the solid are derived in terms of stress, displacement, temperature and heat flux discontinuities at the plane of the crack. Using the boundary conditions and the continuity conditions problem is reduced to that of solving Abel integral equations of the first and the second kind. Explicit expressions are obtained for stress components, crack opening displacement and stress intensity factors in terms of the prescribed surface temperature functions. For some special cases of thermal loading these quantities are compared with those available in the literature. Stress at a general point of the medium is obtained in the special case, when the one face of the crack is subjected to constant temperature while the other face is kept at the reference temperature.

Übersicht

Eine axialsymmetrische Spannungsverteilung in der Umgebung eines münzförmigen Risses im unbegrenzten isotropen elastischen Raum wird für allgemeine Randbedingungen bezüglich der Last- und Temperaturverteilung untersucht. Die Randwerte sind axialsymmetrisch verteilt, aber nicht-symmetrisch gegenüber der Rißebenez=0. Die Gleichgewichtsgleichungen werden unter Einbeziehung der Hankelschen Transformationen und des Abelschen Integralope-rators zweiter Art gelöst. Es werden die Feldvariablen der Spannungen, Verschiebungen, der Temperatur und der Wärmeströme als Funktionen ihrer Sprünge in der Rißebene hergeleitet. Die Stetigkeits- und Randbedingungen reduzieren die Aufgabe auf die Lösung der Abelschen Integralgleichungen erster und zweiter Art. In einigen Spezialfällen der Wärmebeanspruchung werden die Lösungen mit den in der Literatur veröffentlichten Angaben verglichen.