STRESSES NEAR THE TOP OF THE CRACK-CUT
Authors: Гербер Ю.А. , Нагель А.Е. , Табанюхова М.В. 
Published: March 2023

Центральное место в механике разрушения отводится зарождению и развитию трещин. В теоретических расчётах и численных экспериментах трещину можно моделировать с любыми требуемыми для исследования параметрами (глубина, расстояние между берегами, радиус закругления вершины или острый угол). В физических экспериментах всё значительно сложнее. Конечно, можно «вырастить» трещину, но далеко не все материалы позволяют это реализовать. Добиться конкретных характеристик трещины (угол наклона, глубина) в этом случае будет сложно, а то и вовсе невозможно. Как правило, в физических экспериментах, реализуемых посредством моделей, трещину выполняют в виде разреза или пропила (зависит от материала модели). Получить его вершину острой, а расстояние между берегами минимальным достаточно затруднительно. Кроме того, имеет место быть такой подход (техника изготовления образца), когда при моделировании трещины, не выходящей на контур модели, просверливают отверстия маленького диаметра и между ними образуют пропил, имитирующий трещину. С учётом всего вышесказанного возникает вопрос, а как же влияет радиус закругления пропила на напряжённое состояние вблизи вершины трещины. Данная работа посвящена поиску ответа на этот вопрос. Методом фотоупругости при прямом поперечном изгибе выполнено несколько серий экспериментов на образцах из пьезооптического материала (оргстекла марки Э2). Трещина на контуре модели имитировалась с помощью пропила, затем в его вершине сверлом небольшого диаметра образовывалось круглое отверстие. В результате экспериментов получены поля напряжений в двух партиях образцов при различных нагрузках. По ним определена интенсивность напряжений вблизи вершин трещин-пропилов. Оценено влияние радиуса закругления вершины трещины-пропила на напряжения вблизи неё.

The central place in fracture mechanics is given to crack initiation and development. In theoretical calculations and numerical experiments, a fracture can be modeled with any parameters required for the study (depth, distance between banks, tip rounding radius or acute angle). In physical experiments, everything is much more complicated. Of course, it is possible to “grow” a crack, but not all materials allow this to be realized. In this case, it will be difficult, if not impossible, to achieve specific crack characteristics (inclination angle, depth). As a rule, in physical experiments implemented by means of models, a crack is made in the form of a cut or cutout (depending on the material of the model). It is quite difficult to achieve that the angle of its top is sharp, and the distance between the banks is minimal. In addition, there is such an approach (sample manufacturing technique), when modeling a crack that does not go to the contour of the model, holes of small diameter are drilled and a cut is formed between them, simulating a crack. Taking into account all of the above, the question arises, how does the radius of curvature of the cut affect the stress state near the crack tip. This work is devoted to finding an answer to this question. Several series of experiments were performed using the photoelasticity method with direct transverse bending on samples of piezo-optical material (E2 Plexiglas). A crack on the contour of the model was imitated using a cut, then a round hole was formed at its top with a drill of a small diameter. As a result of the experiments, stress fields were obtained in two groups of samples at different loads. According to them, the intensity of stresses near the tips of cracks-cuts was determined. The influence of the top-placed crack-cut radius of curvature on the stresses near it is estimated.