Study on the Influence of Crack Growth Increment on Crack Growth Stability

Kailin ZHU; Caiying MI

doi:10.7512/j.issn.1001-2303.2022.03.09

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Study on the Influence of Crack Growth Increment on Crack Growth Stability
Vol. 52, Issue 3, Pages: 65-71(2022)
Received：03 September 2021，

Revised：2021-11-12，

Published：30 March 2022
DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.03.09
稿件说明：

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朱凯林，米彩盈.裂纹扩展增量对裂纹扩展稳定性影响的研究［J］.电焊机，2022，52（3）：65-71. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.03.09.

ZHU Kailin, MI Caiying.Study on the Influence of Crack Growth Increment on Crack Growth Stability[J].Electric Welding Machine, 2022, 52(3): 65-71. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.03.09.

摘要

在实际的裂纹扩展仿真分析中需要确定三个主要参数，包括局部裂纹扭转角度、局部裂纹扩展增量以及扩展后裂纹尖端的拟合外伸，而对于裂纹扩展增量往往根据计算结果精度的需求来确定其大小，忽略了裂纹扩展增量对裂纹扩展稳定性的影响。针对这一问题，利用FRANC3D和Abaqus软件联合仿真分析计算了Q235钢CT试样在不同裂纹扩展增量情况下的裂纹扩展特点，并根据裂纹尖端应力强度因子的分布情况得出两点结论：（1）裂纹两端接近结构自由表面，两端趋向于平面应力状态，中间内部裂纹处于平面应变状态，导致应力强度因子SIF呈现中间大、两端小的对称分布，使得在较大裂纹扩展增量的情况下裂纹中部与两端的扩展值差异较大，最终导致裂纹凸凹扩展甚至失稳；（2）在进行裂纹扩展分析时，为保证计算精度和节约计算时间，并且保证裂纹扩展的稳定性，裂纹扩展增量选取为当前裂纹尖端单元特征尺寸的15%~30%比较合适。

Abstract

In an actual crack extension needs to determine three main parameters in the simulation analysis

including local crack torsion Angle

local crack growth increment and expanded fitting overhang of the crack tip

and for the crack growth increment is often according to the requirements of the precision of the calculation results to determine its size

ignoring the effect of crack growth increment on the stability of crack propagation. To solve this problem

FRANC3D and Abaqus software were used to analyze and calculate the crack growth characteristics of Q235 steel CT sample under different crack growth increments

and two conclusions were drawn according to the distribution of stress intensity factor at the crack tip: (1) on both ends of the crack near free surface structure

both ends of trend surface stress state

intermediate internal crack in the plane strain state

the stress intensity factor SIF presents small symmetry distribution on both ends of the large

middle

made in the case of large crack growth increment at the ends of the central crack and extension value differences

eventually lead to crack the concavo-convex extension even instability; (2) In the analysis of crack growth

in order to ensure the calculation accuracy

save calculation time and ensure the stability of crack growth

it is appropriate to select 15%~30% of the characteristic size of the current crack tip element for the increment of crack growth.

关键词

Keywords

references

孙远韬，王少梅 . 基于SIF幅值拟合的机械结构裂纹扩展寿命分析方法研究［J］. 武汉理工大学学报：交通科学与工程版， 2008 ， 32 （ 5 ）： 4 .

Sun Yuantao ， WANG Shaomei . Analysis of Crack Growth Life of Mechanical Structures Based on SIF Amplitude Fitting ［J］. Journal of Wuhan University of Technology： Transportation Science & Engineering ， 2008 ， 32 （ 5 ）： 4 .

艾书民，于明，成晓鸣，等 . 基于Franc3D软件的三维裂纹扩展分析与应用［J］. 机械强度， 2018 ， 40 （ 1 ）： 251 - 254 .

AI Shumin ， YU Ming ， Cheng Xiaoming ， et al . Analysis and application of three-dimensional crack propagation based on Franc3D software ［J］. Journal of mechanical strength ， 2018 ， 40 （ 1 ）： 251 - 254 .

彭英，杨平，姜伟 . 考虑接触的斜裂纹动态应力强度因子分析［J］. 哈尔滨工程大学学报， 2019 ， 40 （ 8 ）： 7 .

Peng Ying ， Yang Ping ， Jiang Wei . Dynamic Stress intensity factor analysis of Oblique Crack considering Contact ［J］. Journal of Harbin Engineering University ， 2019 ， 40 （ 8 ）： 7 .

姜伟，杨平，董琴 . 平板穿透裂纹尖端动态应力强度因子研究［J］. 武汉理工大学学报（交通科学与工程版）， 2016 ， 40 （ 5 ）： 820 - 825 . DOI： 10.3963/j.issn.2095-3844.2016.05.012 http://dx.doi.org/10.3963/j.issn.2095-3844.2016.05.012 .

Jiang Wei ， Yang Ping ， DONG Qin . Journal of wuhan university of technology （transportation science and engineering）， 2016 ， 40 （ 5 ）： 820 - 825 . DOI： 10.3963/j.issn http://dx.doi.org/10.3963/j.issn .

2095 - 3844 . 2016 . 05 . 012 .

王铎 . 断裂力学（上）基本部分［M］. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社， 1989 .

JRP Corrêa ， Junior J S ， Carrasco J ， et al . Structural integrity assessment of a 5CT P110 steel riser pipe according to BS 7910：2013 standard ［J］. International Journal of Pressure Vessels and Piping ， 2020 ， 188 （ 3 ）： 104206 .

钢铁研究总院 . 金属材料疲劳试验疲劳裂纹扩展方法： GB/T6398-2017 ［S］. 北京：人民交通出版社， 2017 .

董达善，梅潇 . Q235材料的Paris常数C，m及 <math id="M36"><mo>∆</mo><msub><mrow><mi mathvariant="normal">K</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">t</mi><mi mathvariant="normal">h</mi></mrow></msub></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=27034480&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=27034478&type= 5.58799982 2.28600001 值测试［J］. 机械强度， 2003 ， 25 （ 2 ）： 215 - 218 .

Dong DA-shan ， MEI Xiao . Paris Constant C， m and <math id="M37"><mo>∆</mo><msub><mrow><mi mathvariant="normal">K</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">t</mi><mi mathvariant="normal">h</mi></mrow></msub></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=27034500&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=27034497&type= 5.58799982 2.28600001 values of Q235 material ［J］. Journal of mechanical strength ， 2003 ， 25 （ 2 ）： 215 - 218 .

赵章焰，吕运冰，孙国正 . J积分法测量低碳钢Q235的断裂韧性 <math id="M38"><msub><mrow><mi mathvariant="normal">K</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">I</mi><mi mathvariant="normal">C</mi></mrow></msub></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=27034521&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=27034518&type= 4.23333359 2.20133328 ［J］. 武汉理工大学学报， 2002 ， 24 （ 4 ）： 111 - 112 .

Zhao Zhangyan ， Lv Yunbing ， Sun Guozheng . Measurement of fracture toughness <math id="M39"><msub><mrow><mi mathvariant="normal">K</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">I</mi><mi mathvariant="normal">C</mi></mrow></msub></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=27034521&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=27034518&type= 4.23333359 2.20133328 of Low Carbon Steel Q235 by J Integral Method ［J］. Journal of wuhan university of technology ， 2002 ， 24 （ 4 ）： 111 - 112 .

Barrionuevo G O ， Guerrero B . ANLISIS NUMRICO DE LA MECNICA DE FRACTURA EN TUBERAS FORZADAS APLICANDO EL ESTNDAR BS7910 Y SIMULACIN POR ELEMENTOS FINITOS ［C］. III Congreso de Estudiantes de Ingeniería UC-USM ， 2018 .

熊勋，杨莹，汪舟，等 . 基于FRANC3D和ABAQUS联合仿真三维疲劳裂纹扩展分析及寿命预测［J］. 武汉理工大学学报（交通科学与工程版）， 2020 ， 44 （ 03 ）： 506 - 512 .

Xiong Xun ， Yang Ying ， Wang Zhou ， et al . Three-dimensional Fatigue Crack Propagation Analysis and Life Prediction Based on FRANC3D and ABAQUS Co-Simulation ［J］. Journal of Wuhan University of Technology （Transportation Science and Engineering）， 2020 ， 44 （ 03 ）： 506 - 512 .

管建东 . FRANC3D计算应力强度因子的可靠性及网格参数对精度影响的研究［J］. 建筑工程技术与设计， 2018 （ 04 ）： 2473 .

Guan Jiandong . Reliability of FRANC3D Calculation of Stress intensity factor and Influence of Grid Parameters on accuracy ［J］. Building Engineering Technology and Design ， 2018 （ 04 ）： 2473 .

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