Mechanics of time dependent fracture in viscoelastic and in ductile solids

Abstract

Effects of two parameters on enhancement of the time-dependent fracture manifested by a slow stable crack propagation that precedes catastrophic failure in ductile materials have been studied. One of these parameters is related to the material ductility ρ, and the other describes the geometry (roughness) of crack surface and is measured by the degree of fractality represented by the fractal exponent α, or – equivalently – by the Hausdorff fractal dimension D for a self-similar crack. These studies of early stages of ductile fracture are preceded by a brief summary of modeling the phenomenon of delayed fracture in polymeric materials, sometimes referred to as “creep rupture”. Despite different physical mechanisms involved in the preliminary stable crack extension and despite different mathematical representations, a remarkable similarity of the end results pertaining to the two phenomena of slow crack growth (SCG) that occur either in viscoelastic or in ductile media has been demonstrated.

Досліджуються ефекти двох параметрів тривалості руйнування, яке характеризується повільним, стабільним поширенням тріщини, що передує катастрофічниму руйнуванню пластичних матеріалів. Один з цих параметрів пов'язаний з пластичністю матеріалу ρ, а інший - описує геометрію (шорсткість) поверхні тріщини і визначається ступенем фрактальності, що оцінюється фрактальним показником α, або, рівнозначно, фрактальним показником Гаусдорфа D для автомодельної тріщини. Цим дослідженням ранніх стадій пластичного руйнування передує короткий виклад моделювання явища уповільненого руйнування в полімерних матеріалах, яке іноді називають «повзучим розривом». Незважаючи на різні фізичні механізми, які реалізуються при попередньому стабільному поширенні тріщин, демонструється подібність отриманих результатів, що відносяться до явищ повільного поширення тріщини (ППТ), що виникають у в’язкопружних або пластичних тілах