An analytical solution to the stress fields of kinked cracks

应力场 共形映射 不稳定性 强度因子 断裂力学 机械 摄动(天文学) 裂缝闭合 偏转(物理) 压力(语言学) 应变能释放率 结构工程 材料科学 几何学 有限元法 经典力学 数学 物理 工程类 量子力学 语言学 哲学
作者
Zhuo-Er Liu,Yujie Wei
出处
期刊:Journal of The Mechanics and Physics of Solids [Elsevier]
卷期号:156: 104619-104619 被引量:35
标识
DOI:10.1016/j.jmps.2021.104619
摘要

Abstract Propagating cracks may deflect due to dynamic instability, running into pre-existing weak regions of heterogeneous media, or encountering variation in driving forces. The mechanical analysis of a kinked crack is of engineering significance for safety control and crack-network formation. Existing theories for kinked cracks relied on the perturbation method, as befit small kinks. The stress intensity factors (SIFs) are valid in the close proximity of the primary crack tip. As to the stress field of a kinked crack, it remains unsolved so far. In this work we develop an analytical solution to the stress fields of kinked cracks. By employing the conformal mapping and the Muskhelishvili approach, the close-form solution works for arbitrarily sized kinked cracks. The analytical theory is then validated using finite-element simulations. With this prior knowledge, we analyze the dependence of crack deflection on loading conditions, critical energy release rate, and the geometry of a kinked crack. We further demonstrate that such an analytical approach paves the way to obtain the solution of multiple-kinked cracks.
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