Рассмотрены особенности применения нелокального критерия, основанного на концепции механики конечных трещин, в задаче о прочности твёрдого тела, содержащего концентратор напряжений, при растяжении и сжатии. Этот критерий относится к категории энергетических методов. Подход механики конечных трещин заключается в модификации уравнения энергетического баланса путём использования конечной величины приращения длины трещины вместо бесконечно малого приращения, используемого при вычислении интенсивности высвобождающейся упругой энергии в рамках линейной механики разрушения. Такая модификация линейной механики разрушения позволяет предсказывать наступление предельного состояния (разрушение) в случаях с тупыми вырезами, когда обычная механика разрушения неприменима. Показаны преимущества и ограничения использования критерия конечной трещины. Получены выражения для разрушающего напряжения при растяжении и при сжатии пластины с круговым отверстием. Проведено сравнение результатов расчёта прочности пластин с круговым отверстием по критерию конечной трещины с известными экспериментальными данными, полученными при растяжении композитных пластин, а также с данными эксперимента, проведённого на гипсовых плитах при сжатии. Показано, что для некоторых материалов критерий конечной трещины может быть успешно использован для описания влияния размера отверстия на начало разрушения у контура отверстия, и для оценки критического размера дефекта при сжатии, наряду с другими нелокальными критериями (критерий средних напряжений, критерий напряжений в точке, критерий фиктивной трещины). Однако его применение для других материалов позволяет получить лишь качественные оценки разрушающего напряжения.
The paper considers some specific features of application of nonlocal criterion, based on the concept of finite fracture mechanics, in the strength problem of a solid body containing a stress raiser under tension or compression. The criterion is pertained to energy-based methods. The approach of finite fracture mechanics consists in modification of the traditional energy balance as used in linear elastic fracture mechanics (LEFM). The modification involves the using of a finite amount of crack extension instead of an infinitesimal extension when calculating the energy release rate in LEFM. This makes LEFM to be suitable for predictions in situations of blunt notches in which it is normally invalid. Advantages and restrictions of the using of the finite fracture criterion are shown. The expressions for the failure stress in the problems of tension or compression of the plate with a circumferential hole are obtained. The reductions in strength of the plates with a circumferential hole predicted by the finite fracture criterion are compared with known experimental data on composite plates in tension, and own experimental data on gypsum plates in compression. In reference to some materials, the finite fracture criterion similar to other non-local criteria (the criteria of average stress, point stress, and fictitious crack) can be successfully applied to describe the hole-size effect on tensile fracture initiation and assess the critical size of the flaw under compression. However, its application to other materials allows us to obtain only a qualitative assessment of the failure stress.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.