Fatigue and fracture of cylindrical shells containing a circumferential crack

Abstract

The cylindrical shells containing a circumferential crack subjected to axial tension are considered. For a uniform stress away from the crack the membrane and bending components of the stress intensity factor are obtained within the confines of an eight order linear shallow shell theory. By subjecting 6061-T4 aluminum cylinders to axial fatigue, crack propagation data are collected. Using two different empirical models the shell data are analyzed along with the plate data and it is shown that the fatigue crack propagation behavior of shells can be predicted from that of flat plates with the same material and thickness. The shells are then subjected to static rupture tests. Due to the difference in the nature of plastic deformations in shells and plates, a direct comparison of the rupture results in the two cases, similar to that of fatigue results, does not seem to be possible.

Résumé

On considère le cas des enveloppes cylindriques possédant une fissure circonférencielle, et sujettes à une sollicitation axiale.

Dans les limites de la théorie linéaire du huitième ordre sur les coques à faible courbure, et pour une contrainte uniforme a une certaine distance de la fissure, on a obtenu les composantes de membrane et de flexion du facteur d'intensité de contraintes.

Des données de propagation de fissures ont été rassemblées en sollicitant axialement en fatigue des cylindres en aluminium 6061-T4.

Les résultats obtenus sur ces cylindres ont été analysés de pair avec des résultats provenant d'essais sur tôles, en recourant a deux modèle empiriques différents; on montre qu'il est possible de prédire les conditions de propagation des fissures de fatigue dans les enveloppes à partir du comportement de tôles planes de même épaisseur et de meme composition.

Les enveloppes ont ensuite été soumises à rupture statique. En raison des differences de nature des déformations plastiques que l'on rencontre dans les enveloppes et dans les tôles, il n'est pas possible de procéder a une comparaison directe des résultats de rupture, qui soft similaire à celle effectuée pour la fissuration par fatigue.

Zusammenfassung

Es wird der Fall Einer zylindrischen Hülle mit einem “Umfangsriß” betrachtet, welcher exialen Spannungen unterworfen ist. Innerhalb der Grenzen der linearen Theorie der achten Ordnung fur Schaler geringer Tiefe and fur eine gleichmäßige Spannung in einer gewissen Entfernung des Risses wurden die Biege and Membrankomponenten der Spannungsintensitätsfaktoren ermittelt. Angaben über die RiBfortpflanzung in Aluminium 6061-T4 Zylinder unter Einwirkung von axialen Dauerstandsbeanspruchungen konnten erfaßt werden.

Die an den Zylindern erhaltenen Ergebnisse wurden parallel zu den an Blechen erfaßten Resultaten ausgewertet. Hierbei wurden zwei verschiedene empirische Modelle angewandt. Es konnte gezeigt werden, daß es moglich ist die Fortpflanzungsbedingungen fur Dauerstandsrisse in Hüllen auf Grunt des Verhaltens von Blechen gleicher Zusammensetzung vorauszusagen.

Anschließend wurden these Hullen statischen Zerreißversuchen unterworfen. Auf Grunt der unterschiedlichen Arten der plastischen Verformung in Hullen and Blechen scheint ein direkter Vergleich der fur beide Falle ermittelten Ergebnisse, ähnlich wie für Dauerstandsergebnisse, nicht moglich zu sein.