Calibration of the strip yield model for fatigue crack growth predictions in structural steel

Abstract

The paper is focused on the calibration of the strip yield (Dugdale) model for crack growth predictions for structural steel. This is achieved by imposing appropriate constraints on yielding the strip elements. To avoid a fortuitous, i.e. physically unjustified choice of the constraint factors, a novel concept for their selection is proposed, namely matching the experimentally observed and predicted by the model cyclic stress-strain behaviour at the crack tip. The approach is shown to yield satisfactory prediction results on crack growth under constant amplitude loading and after application of an overload cycle.

W artykule skupiono się na kalibracji modelu pasmowego płynięcia do prognozowania rozwoju pęknięć zmęczeniowych w stali konstrukcyjnej, stosując odpowiednie współczynniki skrępowania. W oparciu o wcześniejsze analizy stwierdzono, że w przypadku tego materiału adekwatne przewidywanie trendów eksperymentalnych we wzroście pęknięć zmęczeniowych wymaga zastosowania trzech niezależnych współczynników skrępowania modyfikujących granice plastyczności odpowiednio dla rozciąganych i ściskanych elementów pasma plastycznego przed frontem pęknięcia, oraz ściskanych elementów za jego frontem. W takim przypadku jednak, wymagany poziom otwarcia pęknięcia możliwy jest do osiągnięcia przy wielu kombinacjach tych współczynników. Zaproponowano więc, by dodatkowym kryterium ich doboru była zgodność między wyznaczoną eksperymentalnie a symulowaną przy użyciu modelu lokalną cykliczną odpowiedzią materiału. Pokazano, że tak skalibrowany model dobrze opisuje w sensie ilościowym trendy eksperymentalne we wzroście pęknięć zmęczeniowych w stali konstrukcyjnej przy obciążeniu stałoamplitudowym oraz po pojedynczym przeciążeniu.