A FEM analysis of crack arrest experiments

Abstract

Crack arrest experiments are performed on edge-notched specimens of a high strength steel. The crack velocity and the displacements at the boundaries are continuously measured during the experiments. This information is then used in a subsequent FEM analysis to evaluate the dynamic stress intensity factor before and after crack arrest. Dynamic effects are seen to influence the process a considerable time after the arrest. A discussion of the validity of the arrest condition in a linear theory is made based upon experimental results. The inverse problem is also considered, i.e. to predict the crack growth event, the arrest length and the corresponding stress intensity factors when the crack propagation toughness is known for the material. The predicted values are shown to exhibit good agreement with the experimental results.

Résumé

On a procédé à des essais d'arrêt de fissure sur des éprouvettes à entaille latérale en acier à haute résistance. On a mesuré de manière continue la vitesse de propagation et les déplacements aux extrémités en cours d'expérience. L'information recueillie a été utilisée pour une analyse subséquente par éléments finis en vue d'évaluer le facteur d'intensité de contrainte dynamique avant et après l'arrêt de la fissure. On a constaté que les effets dynamiques influencent le processus durant un temps considérable après l'arrêt. En se basant sur les résultats expérimentaux, on discute de la validité des conditions d'arrêt dans une théorie linéaire. Le problème inverse est également considéré, c'est-à-dire de prédire l'éventualité d'une croissance de la fissure, la longueur d'arrêt et les facteurs d'intensité de contrainte correspondants, lorsque la ténacité à la propagation de la fissure est connue pour un matériau déterminé. On montre que les valeurs prédites sont en bon accord avec les résultats expérimentaux.