Интерференционно-оптические методы (метод цифровой фотоупругости) для многопараметрического асимптотического описания поля напряжений у вершины трещины

Abstract

Целью настоящего исследования является многопараметрический асимптотический анализ поля напряжений в окрестности вершины трещины в линейно упругом материале (эпоксидная смола ЭД-20) и построение полного асимптотического разложения М. Вильямса поля напряжений в окрестности вершины трещины. В ходе работы была поставлена серия экспериментов на различных конфигурациях образцов с различным взаимным расположением трещин. Подготовлен комплекс программ, позволяющий произвести необходимые расчеты. Вычислены коэффициенты полного асимптотического разложения М.Вильямса, проведено сравнение результатов экспериментов с имеющимися аналитическими решениями. Проведено описание поля напряжений в тонкой пластине с одной центральной трещиной с помощью метода конечных элементов. Полученные результаты сопоставлены с данными, вычисленными с помощью полного асимптотического разложения М. Вильямса поля напряжений у вершины трещины. Digital photoelasticity method is used to study the complete Williams series expansion in the vicinity of the crack tip under Mixed Mode loading. The distribution of the isochromatic fridge patterns and the stress field near the crack tip by the use of the complete Williams asymptotic expansion for various classes of the experimental specimens are obtained. The comparison of the experimental results and the calculations performed with finite element analysis has shown the importance and significant advantages of photoelastic observations for the multiparametric asymptotic description of the stress field in the neighborhood of the crack tip. Theoretical, experimental and computational results obtained in this research show that the isochromatic fringes in the vicinity of the crack tip are described more accurately when we consider the complete Williams asymptotic expansion of the stress field and we have to keep the higher order stress terms in the asymptotic expansion since the contribution of the higher order stress terms (besides the stress intensity factors and the T-stress) is not negligible in the crack tip stress field. A good correlation was observed between the experimental results and the numerical results obtained from finite element analysis in CAE system SIMULIA Abaqus.