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Three dimensional K-Tz stress fields around the embedded center elliptical crack front in elastic plates

Acta Mechanica Sinica 2006年第2期22卷 148-155页

作者： junhua zhao wanlin guo chongmin she bo meng eng Institute of Nano Science Nanjing University of Aeronautics Astronautics Nanjing 210016 China

Through detailed three-dimensional （3D） finite element （FE） calculations, the out-of-plane constraints Tz along embedded center-elliptical cracks in mode I elastic plates are studied. The distributions of Tz are obtained near the crack front with aspect ratios （a/c） of 0.2, 0.4, 0.5, 0.6, 0.8 and 1.0. Tz decreases from an approximate value of Poisson ratio v at the crack tip to zero with increasing normalized radial distances （r/a） in the normal plane of the crack front line, and increases gradually when the elliptical parameter angle φ changes from 0° to 90°at the same r/a. With a/c rising to 1.0, Tz is getting nearly independent of φ and is only related to r/a. Based on the present FE calculations for Tz, empirical formulas for Tz are obtained to describe the 3D distribution of Tz for embedded center-elliptical cracks using the least squares method in the range of 0.2 ≤ a/c ≤ 1.0. These Tz results together with the corresponding stress intensity factor K are well suitable for the analysis of the 3D embedded centerelliptical crack from field, and a two-parameter K-Tz principle is proposed.

关键词： Three-dimensional finite element Out-of-plane constraint Tz Embedded elliptical crack Stress intensity factor T-Stress Stress field

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