Determination of Stress Intensity Factor for the Crack in Orthotropic Materials Using the Finite Element Method

유한요소법에 의한 직방성재료 내 균열의 응력확대계수 결정

  • 조형석 (명지대학교 대학원 기계공학과) ;
  • 강석진 (명지대학교 대학원 기계공학) ;
  • 이성근 (명지대학교 대학원 기계공학) ;
  • 임원균 (명지대학교 기계공학과)
  • Published : 2004.03.01

Abstract

The stress intensity factors have been widely used in numerical studies of crack growth direction. However in many cases, omissive terms of the series expansion are quantitatively significant, so we consider the computation of such terms. For this purpose, we used the finite element method with isoparametric quadratic quarter-point elements. For examples, infinite square plate with a slant crack subjected to a uniaxial load is analyzed. The numerical analysis were performed for the wide range of crack tip element lengths and inclined angles. The numerical results obtained are compared with the theoretical solutions. Also they were accurate and efficient.

응력확대계수는 균열진전경로의 수치해석적 연구에서 널리 사용되고 있다. 그러나 많은 경우에서 균열선단주위 응력의 급수전개식 중 이어지는 항은 정량적으로 중요하다. 따라서 본 연구에서는 이의 항을 계산하기 위하여 등매개 2차특이요소를 이용한 유한요소해석을 수행하였다. 일례로 단축하중을 받는 무한 직방성체 내 경사균열에 대하여 균열요소크기와 균열경사각을 달리 주어 가며 해석을 수행하였으며, 수치해석결과는 이론해와 비교하여 잘 일치하고 있다.

Keywords

References

  1. 임원균, 최승룡, 안현수, '단축하중을 받는 이방성체내 균열의 진전', 한국전산구조공학회논문집, 제12권, 제2호, 1999, pp.161-169
  2. Lim, W.K., Choi, S.Y. and Sankar, B.V., 'Biaxial Load Effects on Crack Extension in Anisotropic Solids', Engng Fracture Mech., Vol. 68, 2001, pp.403-416 https://doi.org/10.1016/S0013-7944(00)00103-X
  3. Lim, W.K., and Sankar, B.V., 'Non-Singular Term Effects for the Inclined Crack Extension in Anisotropic Solids under Uniaxial Loading', Journal of Composite Materials, Vol. 36, 2002, pp.2031-2044 https://doi.org/10.1177/0021998302036017251
  4. 임원균, 최승룡, '2축하중을 받는 직교이방성체내경사균열진전의 해석', 대한기계학회논문집A, 제26권, 제6호, 2002, pp.161-169
  5. Sih, G.C., Crack in Materials Possessing Homogeneous Anisotropy, in Cracks Composite Mate rials(Edited by G.C.Sih) Martinus Nijthoff, Hague, 1981
  6. Sih, G.C., Paris, P.C. and Irwin, G.R., 'On Cracks in Rectilinearly Anisotropic Bodies', Int. J. Fracture, Vol. 1, 1965, pp.189-203