A Comparison of the Crack Plane Equilibrium Model for Elastic-Plastic Fracture Analysis with the Irwin's Plastic Zone Corrected LEFM

탄소성 파괴해석을 위한 크랙 평면 평형모형과 항복 선형 파괴역학과의 비교에 관한 연구

It is well known that the application of linear elastic fracture mechanics is inadequate to solve the large deformation fracture failures which occurr in ductile manner because of the large scale yielding due to the severe stress concentration in the region adjacent to the crack tip. The authors have been evolved a fracture model, the crack plane equilibrium model, for this kinds of elastic-plastic fracture problems in the previous report. In this report, the crack plane equilibrium model was compared with the Irwin's plastic zone corrected linear elastic fracture mechanics through theoretical comparisons and experimental results to examine the validity of the crack plane equilibrium model as an available tool for nonlinear fracture analysis. Through this study, the main results were reached as follows; Irwin's plastic zone corrected linear elastic fracture mechanics could be applicable only for small scale yielding problems as expected while the crack plane equilibrium model valid as a fracture model for large deformation fracture failure. However, the followings should be considered for the more precise evaluations of CPE model; 1) It is necessary to test more specimens which contain small cracks in the range of 2a/W<0.1. 2) It is important to detect the crack initiation point during the fracture test for determining an accurate fracture load. 3) Effects of specimen thickness in the fracture process zone should be examined.

대규모의 소성역을 동반하면서 파괴하는 고인성 재료의 탄소성 파괴 반가를 위하여 제안된 바 있는 CPE 모형의 유효성을 입증하고자 소성역의 영향을 보정한 선형 파괴역학과의 이론적 검토와 오오스테나이트계 스테인레스강에 대한 실험적 비교검토를 통하여 얻은 결론은 다음과 같다. 예측한 바와 같이 선형 파괴역학의 적용은 소규모 항복조건이 성립하는 경우에만 가능하며 CPE 모형은 대변형을 형성하면서 파괴하는 경우의 파괴모형으로서 유효하다. 더욱 엄밀한 유효성을 입증하기 위하여 다음의 사항이 필요하다고 본다. 1. 크랙의 길이가 짧은 시험편에 대한 실험이 필요하다. 2. 크랙성장 개시점을 정확하게 찾을 수 있는 방법이 필요하다. 3. 파괴 진행영역에 대한 두께의 영향을 고려해 보아야 할 필요성이 있다.