Wyznaczanie sztywności kontaktowej powierzchni pęknięć zmęczeniowych dla numerycznych modeli rozwoju pęknięć

Zamykanie się pęknięć zmęczeniowych w trakcie odciążania konstrukcji ogranicza amplitudę zmian współczynników intensywności naprężenia a tym samym zmniejsza prędkość rozwoju istniejącego pęknięcia zmęczeniowego. Zjawisko to ma szczególne znaczenie w przypadkach pęknięć rozwijających się w warstwie wierzchniej w wyniku przetaczających się obciążeń kontaktowych, gdyż tam brzegi pęknięcia podlegają względnym przemieszczeniom w wyniku działania obciążeń. Praca przedstawia wyniki badań wzajemnych oddziaływań brzegów pęknięcia zmęczeniowego pod wpływem obciążeń wywołujących ścinanie lub ścinanie ze ściskaniem. Badano próbki stalowe w których wstępnie wykonano pęknięcia zmęczeniowe. Na podstawie interferogramów rejestrowanych metodą siatkową interferometrii holograficznej, dla krokowo wzrastającego obciążenia, wyznaczono przyrosty składowych wektorów przemieszczenia w płaszczyźnie próbki. Różniczkując numerycznie składowe wektora przemieszczenia wyznaczono składowe tensora odkształcenia. Zakładając sprężystość materiału w warstwach przyległych do pęknięcia wyznaczono składowe tensora naprężenia. Przyrosty składowych tensora naprężenia wraz z towarzyszącymi im przyrostami wzajemnych przemieszczeń brzegów pęknięcia umożliwiły wyznaczenie zastępczej sztywności warstwy zawierającej pęknięcie zmęczeniowe. Wartości liczbowe tych sztywności wykorzystano w numerycznych modelach opisujących warunki rozwoju pęknięć typu "squat" w bieżniach szyn kolejowych.

---

Paper presents the results of experimental investigation of the interaction between the fatigue crack faces due to pure shear and shear with compression. Samples made of A900 steel were examined. Before the tests the fatigue cracks were produced in the samples. Basing on the interferograms registered by means of Grating Holographic Interferometry, for the step-wise increased loads the increments of displacement vector were determined. The components of strain tensor were calculated by the numerical differentiation of the distributions of displacement components. On the assumption that the materials remains elastic the stress tensor components in the layers adjacent to the crack were determined. The crack face rigidities were determined according the equations (5) and (6).