Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 6938

Stress Intensity Factors and  Constant Stress Terms for Interface Cracks

T. Fett, G. Rizzi

Abstract
In bi-material joints cracks can propagate along the interface or kink into one of the two materials. Whereas the energy release rate can be applied for interface cracks in the same way as usual for homogeneous materials, the computation of stresses in the vicinity of the crack tip is significantly more complicated. In order to assess crack kinking, it is necessary to know the mixed-mode stress intensity factor contributions KI and KII as well as the constant stress terms in the two materials. 

Whereas the stress intensity factors are available for a large number of infinite and semi-infinite bodies, there is experimental interest in practically used test specimens. This especially holds for the constant x-stress terms.

Finite element computations are performed for the special case of a disappearing sec-ond Dundurs parameter, i.e. β=0. The fracture mechanics parameters KI, KII, σ0 for the interface crack are reported in the form of diagrams and approximate relations.

Spannungsintensitätsfaktoren und Konstantspannung für Grenzflächenrisse

Zusammenfassung
In Materialverbunden können sich Risse entlang der Verbindungsfläche ausbreiten oder aber in eines der beiden Materialien abknicken. Während die Ausbreitung in In-terface-Richtung wie auch bei homogenen Materialien durch die Energiefreisetzungs-rate beschrieben werden kann, erfordert die Bewertung des Abknickverhaltens die Kenntnis der Spannungen vor der Rissspitze. Deren Ermittlung ist relativ kompliziert. Die notwendigen bruchmechanischen Belastungsgrößen sind die Mode-I- und Mode-II-Spannungsintensitätsfaktoren KI und KII sowie die ersten regulären Spannungsterme in den beiden Materialien.

Ziel des Berichts ist die Ermittlung dieser Größen für den Spezialfall verschwindenden zweiten Dundurs-Parameters (β=0) mit der Methode der Finiten Elemente.


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