908 resultados para stress strength factor
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A set of hypersingular integral equations of a three-dimensional finite elastic solid with an embedded planar crack subjected to arbitrary loads is derived. Then a new numerical method for these equations is proposed by using the boundary element method combined with the finite-part integral method. According to the analytical theory of the hypersingular integral equations of planar crack problems, the square root models of the displacement discontinuities in elements near the crack front are applied, and thus the stress intensity factors can be directly calculated from these. Finally, the stress intensity factor solutions to several typical planar crack problems in a finite body are evaluated.
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Crack paths in an elastic layer on top of a substrate are considered. Crack growth is initiated from an edge crack in the layer. The plane of the initially straight crack forms an angle to the free surface. The load consists of a pair of forces applied at the crack mouth and parallel to the interface. Crack paths are calculated using a boundary element method. Crack growth is assumed to proceed along a path for which the mode II stress intensity factor vanishes. The inclination and the length of the initial crack are varied. The effect of two different substrates on the crack path evolution is demonstrated. A crack path initially leading perpendicularly to the interface is shown to be directionally unstable for a rigid substrate. Irrespective of its initial angle, the crack does not reach the interface, but reaches the free surface if the layer is infinitely long. At finite layer length the crack reaches the upper free surface if the initial crack inclination to the surface is small enough. For an inextendable flexible substrate, on the other hand, the crack reaches the interface if its initial inclination is large enough. For the flexible substrate an unstable path parallel with the sides of an infinitely long layer is identified. The results are compared with experimental results and discussed in view of characterisation of directionally unstable crack paths. The energy release rate for an inclined edge crack is determined analytically.
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The crack tip processes in copper under mode II loading have been simulated by a molecular dynamics method. The nucleation, emission, dislocation free zone (DFZ) and pile-up of the dislocations are analyzed by using a suitable atom lattice configuration and Finnis & Sinclair potential. The simulated results show that the dislocation emitted always exhibits a dissociated fashion. The stress intensity factor for dislocation nucleation, DFZ and dissociated width of partial dislocations are strongly dependent on the loading rate. The stress distributions are in agreement with the elasticity solution before the dislocation emission, but are not in agreement after the emission. The dislocation can move at subsonic wave speed (less than the shear wave speed) or at transonic speed (greater than the shear wave speed but less than the longitudinal wave speed), but at the longitudinal wave speed the atom lattice breaks down.
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The effects of thermal activation on the dislocation emission from an atomistic crack tip are discussed, Molecular dynamics simulations at different constant temperatures are carried out to investigate the thermal effects. The simulated results show that the processes of the partial dislocation generation and emission are temperature dependent. As the temperature increases, the incipient duration of the partial dislocation nucleation becomes longer, the critical stress intensity factor for partial dislocation emission is reduced and, at the same loading level, more dislocations are emitted. The dislocation velocity moving away from the crack tip and the separations of partial dislocations are apparently not temperature dependent. The simulated results also show that, as the temperature increases, the stress distribution along the crack increases slightly. Therefore stress softening at the crack tip induced by thermal activation does not exist in the present simulation. A simple model is proposed to evaluate the relation of the critical stress intensity factor versus temperature. The obtained relation is in good agreement with our molecular dynamics results.
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The three-dimensional transient wave response problem is presented for an infinite elastic medium weakened by a plane crack of infinite length and finite width. Tractions are applied suddenly to the crack, which simulates the case of impact loading. The integral transforms are utilized to reduce the problem to a standard Fredholm integral equation in the Laplace transform variable and sequentially invert the Laplace transforms of the stress components by numerical inversion method. The dynamic mode I stress intensity factors at the crack tip are obtained and some numerical results are presented in graphical form.
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An empirical study is made on the fatigue crack growth rate in ferrite-martensite dual-phase (FMDP) steel. Particular attention is given to the effect of ferrite content in the range of 24.2% to 41.5% where good fatigue resistance was found at 33.8%. Variations in ferrite content did not affect the crack growth rate when plotted against the effective stress intensity factor range which was assumed to follow a linear relation with the crack tip stress intensity factor range ΔK. A high corresponds to uniformly distributed small size ferrite and martensite. No other appreciable correlation could be ralated to the microstructure morphology of the FMDP steel. The closure stress intensity factor , however, is affected by the ferrite content with reaching a maximum value of 0.7. In general, crack growth followed the interphase between the martensite and ferrite.
Dividing the fatigue crack growth process into Stage I and II where the former would be highly sensitive to changes in ΔK and the latter would increase with ΔK depending on the ratio. The same data when correlated with the strain energy density factor range ΔS showed negligible dependence on mean stress or R ratio for Stage I crack growth. A parameter α involving the ratio of ultimate stress to yield stress, percent reduction of area and R is introduced for Stage II crack growth so that the data for different R would collapse onto a single curve with a narrow scatter band when plotted against αΔS.
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A dimensionless relation of the form for collating fatigue crack starting growth data is proposed in which Δkth represents the stress intensity factor range at the threshold. Based on experimental results, this relation attains the value of 0.6 for a fatigue crack to start growth in the Austenitic stainless steel investigated in this work. Metallurgical examinations were also carried out to show a transgranular shear mode of cyclic cleavage and plastic shear.
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By applying for molecular dynamics (MD) simulation and Griffith fracture criterion, the brittle behavior of crack extension of mode I type is investigated. The critical stress intensity factor (SIF)K-Ic(MD) of crack extension is calculated, and the evolution of atoms near crack tip is observed. It is found that K-Ic(MD) is in good agreement with the Griffith ftacture criterion K-Ic(Griffith).
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热喷涂构件中的热残余应力分布对其使用寿命的影响很大,在涂层和基底之间加入功能梯度材料可以降低构件中的热残余应力。本文用数值方法研究了热喷涂涂层-基底结构中孔隙率的随机分布对结构中热残余应力的影响,以及结构中热残余应力和界面裂纹的应力强度因子与功能梯度层层数之间的关系,并与实验结果相验证。论文由四部分组成。首先,介绍了热喷涂技术的发展历史和目前的主要应用、热喷涂产品中存在的问题以及研究和解决这些问题的方法。其次,研究了涂层中随机分布的孔隙对构件中热残余应力的影响,第三,分析了功能梯度层分层的层数对构件中热残余应力的影响,最后,分析了功能梯度层分层的层数对构件界面裂纹应力强度因子的影响。主要结论为:在期望和方差相同的情况下,涂层中的孔隙率呈高斯分布还是呈均匀分布,对涂层-功能梯度层-基底中的热残余应力的分布影响不大;在基底、涂层和功能梯度层的相对厚度不变的情况下,功能梯度层的层数愈多(即材料性质的过渡愈平缓),涂层-(功能梯度层)-基底结构中的热残余应力愈小;在基底、涂层和功能梯度层的相对厚度不变的情况下,功能梯度层分层的层数愈多,涂层-(功能梯度层)-基底结构的界面裂纹的应力强度因子愈小。
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The influence of water on the brittle behavior of beta-cristobalite is studied by means of molecular dynamics (MD) simulation With the TTAM potential. Crack extension of mode 1 type is observed as the crack opening is filled LIP With water. The critical stress intensity factor K-lc(MD) is used to characterize the crack extension of MD simulation. The surface energy of SiO2 covered with layers of water is calculated at temperature of 300 K. Based oil the Griffith fracture criterion, the critical stress intensity factor K-lc(Griffith) is calculated, and it is in good agreement with that of MD simulation. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.
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In this work, the thermally induced cracking behavior of a segmented coating has been investigated. The geometry under consideration is a hollow cylinder with a segmented coating deposited onto its outer surface. The segmentation cracks are modeled as a periodic array of axial edge cracks. The finite element method is utilized to obtain the solution of the multiple crack problem and the Thermal Stress Intensity Factors (TSIFs) are calculated. Based on dimensional analysis, the main parameters affecting TSIFs are identified. It has been found that the TSIF is a monotonically increasing function of segmentation crack spacing. This result confirms that a segmented coating exhibits much higher thermal shock resistance than an intact counterpart, if only the segmentation crack spacing is narrow enough. The dependence of TSIF on some other parameters, such as normalized time, segmentation crack depth, convection severity as well as material constants, has also been discussed. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.
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[ES]Existen diferentes propuestas para obtener el coeficiente de concentración de tensiones para el análisis de fatiga: Neuber, Peterson, distancia crítica, corrección de modelo de elementos finitos, etc. En este trabajo se trata de estudiar los principales y compararlos entre ellos de forma sistemática utilizando como referencia piezas con entallas de geometría sencilla y extrayendo conclusiones útiles para diseño y análisis mecánico.
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Os materiais poliméricos tem sido uma das causas dos problemas ambientais discutidos em todo mundo nos últimos tempos. Como uma das soluções para esse problema, estão os polímeros biodegradáveis que são materiais que se degradam pela ação de microorganismos. Uma Indústria sediada no Brasil lançou recentemente um poliéster biodegradável que surge boa alternativa para o crescimento no mercado dos polímeros biodegradáveis, principalmente por possuir em sua composição matéria prima de fonte renovável. Neste trabalho foram preparados compósitos com matriz de poliéster biodegradável e fibra de coco verde com e sem modificação química por acetilação em misturador interno Haake. Foi estudada a biodegradabilidade em solo simulado do polímero puro e de seus compósitos e foram avaliadas as propriedades térmicas, morfológicas e mecânicas do polímero puro e de alguns de seus compósitos. O teste de biodegradabilidade foi feito pelo enterro das amostras em solo simulado por períodos distintos, variando de duas a dezessete semanas, seguindo a Norma ASTM G 160 03. Após cada período de teste, as amostras foram retiradas do solo e analisadas por microscopia ótica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise termogravimétrica (TGA), calorimetria diferencial de varredura (DSC), espectroscopia na região do infravermelho (FTIR) e análise mecânica de tração. Os resultados obtidos indicaram que tanto o polímero puro quanto os seus compósitos sofreram biodegradação, a presença da fibra apenas atrasa o processo de biodegradação, as fibras de coco tiveram uma boa afinidade com a matriz polimérica, a incorporação de 5% fibra de coco na matriz torna o compósito mais rígido e a incorporação da fibra e o processo de biodegradação alteram as características da fase cristalina no material polimérico.
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O uso de polímeros e de compósitos biodegradáveis se apresenta como uma solução para o problema gerado pelo descarte de grandes quantidades de resíduos plásticos no ambiente. Os polímeros convencionais, além de não biodegradáveis, tem como fonte um material não-renovável, o petróleo. Os polímeros biodegradáveis, produzidos a partir de materiais renováveis, frequentemente apresentam como desvantagem o alto custo e propriedades nem sempre satisfatórias. Neste contexto, os compósitos poliméricos se apresentam como uma alternativa, pela possibilidade de incorporar cargas, tanto de origem vegetal como mineral, para alterar propriedades, adequando-as à finalidade do material. Além disso, para viabilizá-los economicamente, há o uso de cargas de baixo custo, como resíduos agrícolas. Neste estudo foram elaborados compósitos de poli(adipato-co-tereftalato de butileno) e amido (ECOBRAS) com palha de milho, em diferentes concentrações. Foi utilizada a palha de milho in natura, resíduo agrícola abundante, como forma de reduzir os custos e aumentar a proporção de produtos naturais usados, considerando que o ECOBRAS já possui amido em sua composição. O ensaio de tração e análises de DSC, TGA, FTIR, MO e MEV foram utilizadas para caracterizar e avaliar as propriedades dos compósitos. A matriz polimérica e os compósitos foram submetidos ao ensaio de biodegradabilidade através do enterro em solo simulado, segundo a norma ASTM G 160-03, por períodos variando de 2 a 15 semanas. Após cada período de enterro, foram determinadas a perda de massa e a morfologia dos corpos de prova e foram realizadas análises de TGA e FTIR. Os compósitos apresentaram menor resistência à tração que a matriz polimérica. No ensaio de biodegradabilidade, todos os compósitos foram considerados biodegradáveis, embora o acréscimo de palha tenha aumentado o tempo de degradação
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Apesar de serem intensamente estudados em muitos países que caminham na vanguarda do conhecimento, os métodos sem malha ainda são pouco explorados pelas universidades brasileiras. De modo a gerar uma maior difusão ou, para a maioria, fazer sua introdução, esta dissertação objetiva efetuar o entendimento dos métodos sem malha baseando-se em aplicações atinentes à mecânica dos sólidos. Para tanto, são apresentados os conceitos primários dos métodos sem malha e o seu desenvolvimento histórico desde sua origem no método smooth particle hydrodynamic até o método da partição da unidade, sua forma mais abrangente. Dentro deste contexto, foi investigada detalhadamente a forma mais tradicional dos métodos sem malha: o método de Galerkin sem elementos, e também um método diferenciado: o método de interpolação de ponto. Assim, por meio de aplicações em análises de barras e chapas em estado plano de tensão, são apresentadas as características, virtudes e deficiências desses métodos em comparação aos métodos tradicionais, como o método dos elementos finitos. É realizado ainda um estudo em uma importante área de aplicação dos métodos sem malha, a mecânica da fratura, buscando compreender como é efetuada a representação computacional da trinca, com especialidade, por meio dos critérios de visibilidade e de difração. Utilizando-se esses critérios e os conceitos da mecânica da fratura, é calculado o fator de intensidade de tensão através do conceito da integral J.