A Continuum Mechanics Approach for Crack Initiation and Crack Growth Predictions

摘要

Häufig werden unterschiedliche Konzepte zur Vorhersage der Anriss- und Rissfortschrittslebensdauer verwendet. Das vorliegende Verfahren stellt ein jüngst entwickeltes Konzept vor, das gleichermaßen für beide Aufgaben angewendet werden kann. Die Grundannahme besteht darin, dass sowohl Rissbildung als auch Risswachstum von denselben Schadensmechanismen gesteuert werden und dass ein einziges Schadenskriterium beide Stadien modellieren kann. Als Regel gilt, dass jeder Materialpunkt versagt und eine neue Rissfläche bildet, wenn der akkumulierte Gesamtschaden eine Grenze erreicht. Für die Anrisslebensdauervorhersage werden die Spannungen und Dehnungen entweder direkt aus Experimenten oder durch numerische Analyse erhalten. Die Rissfortschrittsbe-rechnung besteht aus zwei Schritten. Eine elastisch-plastische Spannungsanalyse wird durchgeführt, um die detaillierte Span-nungs-Dehnungs-Antwort zu erhalten. Ein allgemeines Ermüdungskriterium wird angewendet, um das Risswachstum vorherzusagen. Kompaktproben aus 1070-Stahl wurden experimentell unter Einstufenbelastung mit unterschiedlichen R-Verhältnissen und unter Überlasteinfluss untersucht. Die Leistungsfähigkeit des Ansatzes, sowohl Anriss- als auch Rissfortschrittslebensdauern zu berechnen, wird im Vergleich der Vorhersage- mit den Versuchsergebnissen demonstriert.%Very often, different approaches are used for crack initiation and crack growth predictions. The current article introduces a recently developed approach that can be used for the predictions of both crack initiation and crack propagation. A basic assumption is that both crack nucleation and crack growth are governed by the same fatigue damage mechanisms and a single fatigue damage criterion can model both stages. A rule is that any material point fails to form a fresh crack if the total accumulated fatigue damage reaches a limit. For crack initiation predictions, the stresses and strains are obtained either directly from experiments or though a numerical analysis. For the prediction of crack growth, the approach consists of two steps. Elastic-plastic stress analysis is conducted to obtain the detailed stress-strain responses. A general fatigue criterion is used to predict fatigue crack growth. Compact specimens made of 1070 steel were experimentally tested under constant amplitude loading with different R-ratios and the overloading influence. The capability of the approach to predict both crack initiation and the crack growth under these loading conditions was demonstrated by comparing the predictions with the experimental observations.