Portal de Periódicos da CAPES

Statistical analysis of cleavage fracture ahead of sharp cracks and rounded notches

1986; University of Toronto Press; Volume: 34; Issue: 11 Linguagem: Inglês

10.1016/0001-6160(86)90166-5

1878-0768

Tsann Lin, A.G. Evans, Robert O. Ritchie,

Material Properties and Failure Mechanisms

Mechanisms of initiation and unstable propagation of transgranular cleavage cracks are compared for brittle fracture ahead of sharp cracks and rounded notches, e.g. for fatigue pre-cracks and Charpy V-notches, respectively, in standard toughness specimens. The comparison is made over a range of temperatures, from the lower shelf into the ductile/brittle transition region, for a single phase material containing a known distribution of particles where weakest link statistics can be used to model the onset of catastrophic failure. Using linear and nonlinear elastic solutions for the stress distribution ahead of a sharp crack, and slip-line field solutions, modified for a power hardening material, for the rounded notch, statistical modelling is employed to define the critical dimensions ahead of the crack or notch tip where initial cracking events are most probable. The analysis provides an interpretation of the role of stress gradient in governing microscopic fracture behavior. Predictions are evaluated by comparison with experimental results on the low temperature flow, Charpy V-notch and plane strain fracture toughness behavior of a low carbon mild steel with simple ferrite/grain boundary carbide microstructures. Nous comparons les mécanismes d'initiation et de propagation instable des fissures de clivage transgranulaire en avant de fissures pointues et d'entailles arrondies, par exemple respectivement pour les pré-fissures de fatigue et pour les entailles en V de Charpy, dans des échantillons de résilience standard. Nous camparons dans un domaine de températures allant de palier inférieur jusqu' à la région de transition ductile/fragile, pour un matériau monophasé contenant une répartition connune de particules où l'on peut utiliser la statistique du plus faible lien pour modéliser le début de la rupture catastrophique. En utilisant des solutions élastiques linéaires et non linéaires pour la répartition de la contrainte en avant d'une fissure pointue, et des solutions du champ des lignes de glissement modifiées pour un matériau à durcissement en puissance, pour l'entaille arrondie, nous avons employé la modélisation statistique pour définir les dimensions critiques en avant de l'extrêmité de la fissure ou de l'entaille où les événements de fissuration initiale sont les plus probables. Cette analyse fournit une interprétation du rôle du gradient de contrainte dans le comportement à la rupture microscopique. Nous évaluons ces prévisions en les comparant avec des résultats expérimentaux sur l'écoulement à basse température, le comportement à la rupture avec une entaille en V de Charpy et la répilience à la rupture en déformation plane, pour un acier doux à bas carbone avec des microstructures simples ferrite/carbure intergranulaire. Die Mechanismen der Bildung und der instabilen Ausbreitung transgranularer Spaltrisse werden für die Fälle des Sprödbruches vor spitzen Rissen und gerundete Kerben, d.h. für Ermüdungsriβ-Keime und Charpy-V-Kerben, in Standard-Zähigkeitsproben miteinander verglichen. Der Vergleich wird für einen Temperaturbereich bis in den duktil-spröden Übergangsbereich für ein einphasiges Materialdurchgeführt, welches eine bekannte Verteilung von Teilchen enthält, wobei die Statistik der schwächsten Bindungen zur Modellierung des Einsatzes des Bruches verwendet werden kann. Mit Lösungen der linearen und nichtlinearen Elastizitätstheorie für die Spannungsverteilung vor einem spitzen Riβ und mit Lösungen für das Feld der Gleitlinien, welche modifiziert sind für ein Material mit Verfestigung nach einem Potenzgesetz, für eine gerundete Kerbe, wird ein statistisches Modell angewendet, um die kritischen Dimensionen vor der Riβ- oder kerbspitze, wo Riβbildung am wahrscheinlichsten ist, zu bestimmen. Aus der Analyse geht eine Deutung der Rolle von Spannungsgradienten bei dem mikroskopischen Bruchverhalten hervor. Die Voraussagen werden mit experimentellen Ergebnissen über das Flieβen bei niedriger Temperatur un überolas Zähigkeitsverhalten eines niedrig gekohlten Stahles mit einer einfachen Ferrit-/Korngrenzkarbid-Mikrostruktur verglichen.