Geometric constraints on fatigue crack paths in tubular welded joints.

The complete solution of the problem of long Stage II fatigue crack growing in a metallic material includes determination of the crack path. Macroscopic aspects of the main features of the crack path are reasonably well understood in a qualitative sense. On a macroscopic scale it is a matter of observation that cracks tend to grow in Mode I. Geometric constraints may confine a crack to a particular path, and this sometimes leads to mixed mode fatigue crack growth. In a tubular welded joint fatigue crack growth is sometimes observed. Description of a crack path in three dimensions requires describtion of the surface followed by the crack (crack growth surface), and also of a family of lines on this surface which defines successive position of the crack front. In general Mode I crack growth surface are curved, and there are then geometric constraints on permissible crack from families. Theoretical prediction of crack paths in three dimensions is not well understood, and in practice fatigue crack paths in structures are usually determined by large scale structural tests. General features of fatigue crack paths in tubular welded joints are discussed from a theoretical viewpoint. It is concluded that further work is needed if the prediction of crack paths in tubular welded joints is to be put on a firm theoretical basis.

---

Pełne rozwiązanie problemu rozwoju pęknięć zmęczeniowych w metalach zawiera wyznaczenie ścieżki rozwoju pęknięcia. Względnie dobrze wyjaśnione są w sensie jakościowym makroskopowe aspekty głównych cech rozwoju ścieżki pęknięcia. W skali makroskopowej obserwacje wskazują, że pęknięcia mają tendencje do wzrostu wg Modu I. Więzy geometryczne mogą ograniczać swobodę rozwoju pęknięcia, co prowadzi do wzrostu wg modów mieszanych. W połączeniach spawanych rur, rozwój pęknięć zmęczeniowych ogranicza się zwykle do obszaru spoin i często są obserwowane przypadki rozwoju pęknięć wg modów mieszanych. Trójwymiarowy opis pęknięcia wymaga opisu powierzchni, w której następuje rozwój pęknięcia oraz rodziny linii na tej powierzchni, które określają kolejne pozycje frontu szczeliny. Pęknięcia rozwijane wg Modu I mają postać powierzchni zakrzywionych i istnieją geometryczne ograniczenia na dopuszczalne formy frontów pęknięć. Przewidywanie na drodze teoretycznej rozwoju szczelin w przestrzeni trójwymiarowej nie jest obecnie możliwe i w praktyce scieżki rozwoju szczelin w konstrukcjach są zwykle wyznaczone na drodze eksperymentów prowadzonych w dużej skali. Ogólne cechy rozwoju ścieżek zmęczeniowych w złączach spawanych rur są w pracy dyskutowane z punktu widzenia teorii. Konkluzja mówi, że jeśli przewidywanie ścieżek rozwoju pęknięć w złączach spawanych rur ma być oparte na mocnych teoretycznych zasadach, to niezbędne są dalsze prace w tym kierunku.