Estimation Of Coefficients Of Williams' Series In Lefm Problems Using Decoupled Equations Method

Author(s):
Abstract:

The existence of crack and notch is a significant and critical subject in the analysis and design of solids and structures. As most of cracked domain problems do not have closed-form solutions, numerical methods are the current approaches dealing with fracture mechanics problems. This study presents a novel application of the decoupled equations method (DEM) to model crack issues. Based on linear elastic fracture mechanics (LEFM), the first four coefficients of the William's series for the crack tip's asymptotic elastic field are computed using the DEM. In this method, only the boundaries of problems are discretized using specific higher-order sub-parametric elements and higher-order Chebyshev mapping functions. Implementing the weighted residual method and using Clenshaw-Curtis quadrature result in diagonal Euler's differential equations. In the present method, the so-called local coordinate's origin (LCO) is selected at a point, from which the entire domain boundary may be observed. For the bounded domains, the LCO may be chosen on the boundary or inside the domain. Furthermore, only the boundaries which are visible from the LCO need to be discretized, while other remaining boundaries passing through the LCO are not required to be discretized. Consequently, when the local coordinates origin (LCO) is located at the crack tip, the geometry of crack problems is directly implemented without further processing. In fracture mechanics problems, the stress at the crack tip approaches to infinity, and hence the original DEM is not able to represent infinite stress at the crack tip, basically. To overcome this problem, a new form of force function is constructed to represent infinite stress at the crack tip, and the first four coefficients of the William's series are then computed. Validity and accuracy of this method is fully demonstrated through two benchmark problems. The results show that stress and displacement fields agree very well with the results of other methods. In addition, the coefficients of the William's series show good agreement with the results of existing methods available in the literature.

Language:
Persian
Published:
Sharif Journal Civil Engineering, Volume:33 Issue: 2, 2017
Pages:
87 to 97
https://www.magiran.com/p1753825  
سامانه نویسندگان
  • Mahdi Yazdani
    Author (1)
    Associate Professor Civil Engineering, University Of Arak, Arak, Iran
    Yazdani، Mahdi
اطلاعات نویسنده(گان) توسط ایشان ثبت و تکمیل شده‌است. برای مشاهده مشخصات و فهرست همه مطالب، صفحه رزومه را ببینید.
مقالات دیگری از این نویسنده (گان)