Efeitos inerciais no crescimento de trincas

Abstract

A influência dos efeitos dinâmicos (inerciais) no crescimento de trincas é estudada neste trabalho. A zona de crescimento de trinca é modelada por interfaces coesivas cujo processo de separação é descrito por um modelo de zona coesiva irreversível. São considerados carregamentos de impacto e cíclico. Três diferentes modelos constitutivos para o material são adotados nas análises: elástico, elasto-plástico isotrópico e elasto-plástico cristalino. Soluções quase estáticas e dinâmicas são comparadas para estabelecer as condições nas quais os efeitos dinâmicos se tornam importantes na análise. Discute-se como a velocidade de carregamento e a frequência podem modificar as características de crescimento, tais como, taxa de crescimento, extensão total, tempo de incubação e campos de plastificação. Observa-se que altas velocidades de carregamento podem inclusive alterar o modo de falha das estruturas trincadas, passando de propagação de trincas para decoesão uniforme. Da mesma forma, altas frequências de carregamento podem levar à formação de micro trincas à frente da ponta da trinca. Efeitos da altura do espécime, distribuições de tensão e evolução da trinca ao longo do tempo também são investigados. Mostra-se que a plasticidade limita a velocidade e a extensão de propagação da trinca. Para o caso de um monocristal CFC são feitas considerações sobre a distribuição das deformações plásticas e o processo de propagação de trinca sob carregamento dinâmico.

The influence of dynamic (inertial) effects on crack growth is studied in this paper. The crack growth zone is modeled by cohesive interfaces whose separation process is described by an irreversible cohesive zone model. Both impact and cyclic loading are considered. Three different constitutive models are adopted in the analysis: elastic, isotropic elastic-plastic and crystalline elastic-plastic. Quasi-static and dynamic solutions are compared to establish the conditions in which the dynamic effects become important in the analysis. It is discussed how loading speed and frequency can modify crack growth characteristics such as, growth rate, crack extension, incubation period and plastic strain fields. It is observed that high loading speeds may even change the failure mode of cracked structures from crack propagation to uniform debonding. Similarly, high loading frequencies may lead to the formation of micro cracks ahead of the crack tip. Size effects, stress distribution and crack evolution through time are also investigated. It is shown that plasticity limits crack velocity and crack extension. For the case of a FCC single crystal, considerations are made about plastic strain distribution and the crack growing process under dynamic loading.