The stress intensity variation of an orthotropic perforated plate containing an internal crack

Summary The elastic problem of an infinite orthotropic plate with different roots of its characteristic equation, when the fibers are oriented perpendicularly to an internal crack, and is weakened by an elliptic hole, is solved using Lekhnitskii's theory. The plate is subjected to prescribed stresses at infinity, while the boundary conditions are given at the flanks of the crack, at the rim of the perforation and at infinity.Using the complex-variable method, the solution of the problem is reduced to the evaluation of Cauchy-type integrals concerning the analytic functions of the problem. The numerical solution of the problem revealed an intense variation of mode-I stress intensity factors (SIF) at the crack tips due to the increase of either the crack length, or the distance of the near-by rack tip from the center of the hole. Furthermore, it was found that orthotropy strongly influences the intensity of stresses at the crack tips. These findings are in complete agreement with results given in a previous work by the authors, concerning a similar problem for an orthotropic plate, which, however, constitutes a special case, where the material presents equal roots for its characteristic equation [1].

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Spannungsintensitätsvarianten einer orthotropen Platte mit einem Loch und innerem Riß

Zusammenfassung Das elastische Problem einer unendlichen, orthotropen Platte mit verschiedenen Wurzeln ihrer charakteristischen Gleichung wird im Falle, daß die Fasern senkrecht zu einem inneren Riß verlaufen und daß sie durch ein elliptisches Loch geschwächt sind, im Rahmen der Lekhnitskii-Theorie gelöst. Die Platte wird im Unendlichen einer vorgeschriebenen Spannung unterworfen, während die Randbedingungen an den Rißflanken, am Lochrand und im Unendlichen gegeben sind.Mit Hilfe der Methode der komplexen Variable wird die Lösung des Problems zurückgeführt auf die Berechnung von Cauchy-Integralen der analytischen Funktionen des Problems. Die numerische Lösung des Problems zeigt eine starke Abhängigkeit von Mode-I-Spannungsintensitätsfaktoren (SIF) an den Rißspitzen von der Rißlänge oder des Ligaments zwischen der Rißplatte und dem Loch. Weiterhin wurde gezeigt, daß Orthotropie starken Einfluß auf die Spannungsintensität hat. Diese Beobachtungen stehen in voller Übereinstimmung mit Resultaten aus der Arbeit [1] über ein ähnliches Problem für eine orthotrope Platte, wo allerdings die Wurzel der charakteristischen Gleichung identisch sind.

     

Coupled torsional and bending vibrations of a rotor with an open crack

Summary The influence of transverse cracks on the coupled torsional and bending vibrations of a rotor is presented in this study. A fragment of the shaft of constant cross-section with a crack is modelled by means of a beam finite element. A procedure to calculate the stiffness coefficients in cross-sections weakned by cracks is given. The crack is considered to be open. The stiffness matrix for the above mentioned element is given. The method is illustrated by an example.

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Über gekoppelte Dreh- und Biegeschwingungen eines Rotors mit offenem Riß

Übersicht Der Einfluß von transversalen Rissen auf die gekoppelte Dreh- und Biegeschwingungen eines Rotors wird vorgestellt. Der Abschnitt einer Welle von konstantem Querschnitt mit Riß wird mit Hilfe der Finite-Element-Methode modelliert. Ein Rechenverfahren zur Bestimmung der Torsions- und Biegesteifigkeitskoeffizienten in durch den Riß geschwächten Querschnitten wird angegeben. Dabei wird der Spalt als offen betrachtet. Eine Steifigkeitsmatrix für das erwähnte Element wird aufgestellt. Die Methode wird mit einem Beispiel veranschaulicht.

     

Flexural vibrations of fissured poroelastic plates

Summary The governing equations of flexural vibrations of thin, fluid-saturated, poroelastic plates are derived in detail. The plate material obeys the Aifantis-Beskos theory of poroelasticity with two degrees of porosity, while the plate theory employed is the one due to Kirchhoff. The dynamic response of a rectangular, simply supported, poroelastic plate with two degrees of porosity to harmonic load is obtained analytically-numerically and the effects of porosities and permeabilities on the response are studied. A comparison between the single and double porosity material models is also made. The quasi-static problem is analysed as as special case of the dynamic one.

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Biegeschwingungen geklüfteter poroelastischer Platten

Übersicht Es werden die Gleichungen, die die Biegeschwingungen von dünnen, mit Flüssigkeit gefüllten, poroelastischen Platten beschreiben, im einzelnen hergeleitet. Das Materialverhalten der Platte wird durch die Poroelastizitätstheorie von Aifandis und Beskos für Materialien mit doppelter Porosität beschrieben, während für die Platten die Kirchhoffsche Plattentheorie angewandt wird. Man erhält auf analytisch-numerischem Weg das dynamische Verhalten einer rechteckigen, einfach gestützten, poroelastischen Platte mit doppelter Porosität bezüglich einer harmonischen Belastung. Der Einfluß der Porosität und Permeabilität auf das dynamische Verhalten wird untersucht. Weiterhin werden die Modelle für Materialien mit einfacher und doppelter Porosität miteinander verglichen. Das quasi-statische Problem wird als Spezialfall des dynamischen Problems analysiert.

     

Antiplane shear crack in an infinite plate with a circular inclusion

Summary The effect of an elastic circular inclusion of a different material on the stress state of a single-cracked infinite sheet subjected to anti-plane shear is investigated. The proposed method makes use of complex variables in conjunction with Muskhelishvili's technique and has given interesting results for the stress field in the cracked plate. Numerical results, derived from this technique, investigate the influence of the regional inhomogeneity, produced by the inclusion in the structure, on the variation of stress-intensity factors at the crack tips.

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Nichtebener Schubspannungsriß in einer unendlichen Platte mit einem kreisförmigen Einschluß

Übersicht Es wird der Einfluß untersucht, den ein elastischer, kreisförmiger Einschluß aus verschiedenem Material in einer unendlichen Platte mit einem Riß, welche einer longitudinalen Schubspannung unterworfen ist, auf den Spannungszustand der Platte ausübt. Die vorgeschlagene Methode benutzt komplexe Variablen in Zusammenhang mit der Muskhelishvilischen Technik und gibt für den Spannungszustand in der Platte interessante Resultate. Numerische Ergebnisse wurden gefunden, um den Einfluß der Inhomogenität auf die Spannungsintensitätsfaktoren des Risses zu bestimmen.

     

Nonlinear analysis of doubly curved symmetrically laminated shallow shells with rectangular planform

Summary A multi-mode solution to the dynamic Marguerre-type nonlinear equations is presented for the nonlinear free vibration of doubly curved, symmetrically laminated, imperfect shallow shells of rectangular planform on a Winkler-Pasternak elastic foundation. The shell edges are assumed to be transversely supported and the variation of rotational stiffness is identical along opposite edges. Generalized double Fourier series with time-dependent coefficients and the method of harmonic balance are used in the solution. The boundary condition for the varying rotational stiffness is fulfilled by replacement of bending moments along the four edges by an equivalent lateral pressure. Based on a single-mode approximation numerical results for the amplitude-frequency response of doubly curved isotropic, orthotropic, cross-ply and angle-ply shallow shells with square planform are presented for various boundary conditions, material properties, curvature ratios, initial imperfections, edge tensions, and moduli of the elastic foundation. Graphical results for postbuckling behavior of an imperfect angle-ply cylindrical panel are also presented as a special case.

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Nichtlineares Verhalten zweifach gekrümmter, symmetrisch geschichteter dünner Schalen mit rechteckigem Grundriß

Übersicht Vorgestellt wird eine Mehrfachwellenform-Lösung der dynamischen Gleichungen vom Marguerre-Typ für die nichtlinearen Eigenschwingungen zweifach gekrümmter dünner Schalen aus symmetrischen Schichtungen, die geometrisch imperfekt sind und über einen rechteckigen Grundriß auf einer elastischen Winkler-Pasternak-Bettung lagern. Angenommen wird eine gelenkige Lagerung der Plattenränder mit einer veränderlichen Drehbehinderung, die auf gegenüberliegenden Rändern gleich ist. Zur Lösung werden verallgemeinerte zweifache Fourier-Reihen mit zeitabhängigen Koeffizienten und die Methode der harmonischen Balance benutzt. Die Randbedingung für die veränderliche Drehbehinderung wird dadurch erfüllt, daß die Randmomente durch einen äquivalenten Vertikaldruck ersetzt werden. Mit der Näherung nur einer Wellenform werden numerische Ergebnisse für die Beziehung zwischen Amplitude und Frequenz angegeben; variiert werden dabei die Randbedingungen, die anfänglichen Imperf ektionen, die Krümmungsverhältnisse, die Bettungszahlen und die Materialkonstanten, wobei die Platte entweder isotrop oder bei recht- und schiefwinkliger Schichtung orthotrop ist. Als Sonderfall wird auch das Nachbeulverhalten einer imperfekten, schiefwinklig geschichteten Zylinderschale graphisch dargestellt.

     

Analysis of multiple cracks in an infinite plate under arbitrary crack surface tractions

Summary Based on the analytical solution derived for a crack under arbitrary crack surface tractions an alternating method is presented to analyze two-dimensional mixed-mode fracture problems with multiple cracks which are arbitrarily distributed in an infinite plate. During the iterative solution process the reversed residual stresses at the location of fictitious cracks induced by other cracks are repeatedly evaluated and treated as new applied loading until the residual stresses on each crack surface are negligible. The influence of interaction effects among cracks on the determination of stresses and deformations is studied in detail. Several numerical example are solved to demonstrate the validity of the method. Good agreement between the computed stress intensity factors and referenced solutions shows the accuracy and efficiency of the this work.

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Analyse mehrfacher risse in einer unendlichen platte mit beliebigen randspannungen am riß

Übersicht Eine alternierende Methode, die auf dem Ergebnis für einen Riß unter beliebigen Spannungen an der Rißoberfläche basiert, wird hier zur Analyse zweidimensionaler mixed-mode Bruchprobleme mit mehrfachen Rissen präsentiert. Die mehrfachen Risse können in der Platte beliebig verteilt sein. Mit einem Iterationsprozeß wird die umgekehrte Restspannung an der Stelle angenommener Risse, die von anderen Rissen verursacht werden, solange berechnet und als neue Last betrachtet, bis die Restspannung in jeder Rißfläche sehr klein geworden ist. Bei der Bestimmung der Spannung und der Verformung wird der wechselseitige Einfluß zwischen den Rissen eingehend untersucht. Um die Genauigkeit der Methode zu prüfen, werden mehrere Beispiele gegeben. Die Ergebnisse zeigen, daß die gerechnete Spannungsintensitätsfaktoren mit bekannten Lösungen sehr gut übereinstimmen.

     

Coupling of bending and torsional vibration of a cracked Timoshenko shaft

Summary A transverse surface crack is known to add to the shaft a local flexibility due to the stress-strain singularity in the vicinity of the crack tip. This flexibility can be represented by way of a 6 × 6 matrix describing the local flexibility in a short shaft element which includes the crack. This matrix has off-diagonal terms which cause coupling of motion along the directions which are indicated by the off-diagonal terms. Not all motions are coupled, however. To study the coupling of torsion and shear, a 3 × 3 flexibility matrix is used which includes the appropriate terms. Due to the shear terms of the Timoshenko beam equation of the shaft, bending vibration is finally coupled to torsional vibration. This effect is the subject of this investigation, which is of particular importance in turbomachinery operation. The equations of motion of a Timoshenko beam shaft with three degrees of freedom are derived. The free vibration of the shaft and the influence of the crack on the vibrational behaviour of the shaft is studied. The relation of the eigenvalues of the system, to the crack depth and the slenderness ratio of the shaft is derived. Moreover forced vibration analysis of the cracked shaft is performed. The significant influence of the bending vibration on the torsional vibration spectrum, and vice-versa, is demonstrated. It is believed that this effect can be very useful for rotor crack identification in service, which is of importance to turbomachinery.

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Kopplung zwischen Biege- und Torsionsschwingungen einer Welle Tom Timoshenko-Balkentyp mit Riß

Übersicht Bekanntlich verringert ein von der Oberfläche in den Querschnitt reichender Riß infolge der Spannungs- und Verzerrungssingularität an der Rißspitze örtlich die Steifigkeit einer Welle. Dies kann mit Hilfe einer 6 × 6-Nachgiebigkeitsmatrix für ein kurzes Wellenstück, das den Riß enthält, beschrieben werden. Die Matrix enthält Elemente außerhalb der Diagonalen, wodurch eine Kopplung der Bewegungen in die Richtungen erfolgt, welche das Element anzeigt. Nicht alle Bewegungen sind dabei verknüpft. Zur Untersuchung der Kopplung von Torsion und Querschub wird eine 3 × 3-Nachgiebigkeitsmatrix benutzt, die die betreffenden Elemente enthält. Infolge der Querkraft-Terme in der Timoshenko-Balkengleichung werden letztendlich Biegef- und Torsionsschwingungen gekoppelt. Dieser Effekt ist Gegenstand der Untersuchung. Die Bewegungsgleichungen eines Timoshenko-Balkens mit 3 Freiheitsgraden werden hergeleitet. Die freien Schwingungen der Welle und der Einfluß des Risses auf das Schwingungsverhalten werden untersucht. Die Beziehungen zwischen Eigenformen, Rißtiefe und Schlankheitsgrad der Welle werden hergeleitet. Darüber hinaus werden erzwungene Schwingungen der angerissenen Welle untersucht. Der deutliche Einfluß der Biegeschwingung auf das Spektrum der Torsionsschwingung und umgekehrt wird aufgezeigt. Dieser Effekt ist bei Turbomaschinen bedeutsam, da er für die Identifizierung von Rotorrissen beim Betrieb nützlich sein müßte.

     

Numerical method for elastic-plastic waves in cracked solids,Part 2: plane strain problem

Summary In this paper, we first give some results for an elastic solid with a crack which is loaded dynamically, by using Zwas' finite difference method introduced in gasdynamics. Then, an elastic-plastic loading path in the stress space is proposed to model the plastic yield phenomenon in solids. Based on this stress path and the ideas of Godunov and Zwas for the formulation of finite difference schemes, a finite difference method is developed to treat the elastic-plastic wave motion in solids under plane strain. The method can be applied to the mode I and mode II crack problems in order to determine the shape of plastic zones and their time history. Besides several results for test examples which were calculated for validation, one result for a finite crack affected by a mode I loading is presented which demonstrates a repeated plastic yielding and elastic unloading caused by Rayleigh waves running along the crack edges and interacting with the two crack tips.

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Numerisches Verfahren für elastisch-plastische Wellen in gerissenen Festkörpern, Teil 2: ebener Verzerrungszustand

Übersicht Zunächst werden für einen dynamisch beanspruchten, rißbehafteten Festkörper mit elastischem Materialverhalten Ergebnisse aus Berechnungen mit der von Zwas für gasdynamische Probleme entwickelten Finite-Differenzen-Methode gezeigt. Davon ausgehend wird, zur Modellierung des Phänomens der dynamischen Plastifizierung, ein elastisch-plastischer Belastungspfad im Spannungsraum vorgeschlagen. Auf diesem Belastungspfad aufbauend wird, unter Nutzung der Lösungsideen von Godunov und Zwas, ein Differenzenverfahren zur Beschreibung der elastisch-plastischen Wellenausbreitung in Festkörpern bei ebenem Verzerrungszustand entwickelt. Die Methode kann auf Rißprobleme angewendet werden, um die plastische Zone und deren zeitliche Entwicklung zu bestimmen. Außer einigen Testbeispielen zur Validierung wird ein Resultat für einen nach Modus I belasteten Riß präsentiert, das ein wiederholtes plastisches Fließen und elastisches Entlasten anzeigt, das von Rayleigh-Wellen verursacht wird, die an den Rißufern entlanglaufen und mit den Rißspitzen wechselwirken.

     

Die halbelliptische Kerbe mit Riß als Beispiel zur Korrelation von Mikro- und Makrospannungskonzentrationen

Übersicht Risse im Inneren von Bauteilen sind Gegenstand zahlreicher Arbeiten gewesen, kaum aber Risse, die von Oberflächenkerben ausgehen. Die Lebensdauer technischer Bauteile wird jedoch gerade durch Risse der letztgenannten Art stark herabgesetzt. Von technologischen Effekten abgesehen ist die Ursache im Zusammenwirken von Kerbe und Riß und damit in der Korrelation von Makro- und Mikrospannungskonzentrationen zu sehen. In dieser Arbeit dienen zur Untersuchung solcher Probleme zwei Gedankenmodelle: 1. Der Riß geht von einer Nut mit halbelliptischem Querschnitt an der freien Seitenebene eines schubbeanspruchten Prismas aus. 2. Der Riß geht von einer halbelliptischen Kerbe an der freien Randgeraden einer zugbeanspruchten Halbscheibe aus. Jeweils wird der Zusammenhang zwischen Spannungskonzentrations-bzw. -intensitätsfaktor, Makrokerbfaktor und relativer Rißlänge analysiert und auf eine einfache Formel zurückgeführt.

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Summary Cracks in the interior of design parts have been the theme of numerous papers, not so cracks starting at surface notches. But especially cracks of the second kind can become very dangerous. Besides technological aspects the reason can be seen in the cooperation of notch and crack and therefore in the correlation of macro and micro stress concentrations. For studying such effects in this paper two models are used: 1. The crack is starting from a half elliptic notch at the free side plane of a shear strained prism. 2. The crack is starting from a half elliptic notch at the free straight boundary of a tension strained half plate. The resultant stress concentration or intensity factor is analysed in dependance on the macro stress concentration factor and the relative length of the crack.

     

Viscoelastic crack analysis by the boundary integral equation method

Summary The linear viscoelastic three-dimensional crack problem is analyzed by combining the correspondence principle and the boundary integral equation method. In a general crack analysis the usual boundary integral equations lead to a nonunique formulation of the problem, because they do not involve information about the loading on the crack surface. Here, the boundary integro-differential equations are applied to the numerical calculation of the crack opening displacement of a penny-shaped crack in an infinite linear viscoelastic body. Moreover, the influence of several parameters of the three-parameter viscoelastic model on the crack opening displacement and the incubation time is shown.

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Viskoelastische Rißanalyse durch Randintegralgleichungen

Übersicht Das linear viskoelastisch räumliche Rißproblem wird mit Hilfe einer Kombination von Korrespondenzprinzip und Randintegralgleichungsverfahren gelöst. In einer allgemeinen Rißanalyse führen die üblichen Randintegrale zu einer nicht eindeutigen Formulierung dieses Problems, weil die Angaben über Belastung und Rißoberfläche fehlen. Das Randintegralgleichungsverfahren wird für die numerische Berechnung der Rißerweiterung eines münzförmigen Risses in einem unendlich linear viskoelastischen Körper angewendet. Weiterhin wird der Einfluß von verschiedenen Parametern des räumlich viskoelastischen Modells auf die Rißerweiterung und die Inkubationszeit gezeigt.

     

Parametric vibrations of beam with crack

Summary The paper presents a mathematical model of transverse vibrations of a Bernoulli-Euler beam with a closing crack. In damaged cross-sections of the beam there were applied elastic elements of flexibility calculated on the basis of the laws of fracture mechanics. Making use of the elaborated model, an analysis of the effect of magnitude and position of the crack upon the basic instability area of the beam was carried out.

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Parametrische Schwingungen eines Balkens mit Riß

Übersicht Es wird ein mathematisches Modell für die Biegeschwingungen eines Euler-Bernoulli-Balkens mit schließendem Riß vorgestellt. Geschädigte Balkenteile werden ersetzt durch elastische Elemente mit einer Nachgiebigkeit, die nach den Gesetzen der Bruchmechanik berechnet wird. Mit diesem Modell wird der Einfluß von Rißposition und-größe auf den wesentlichen Instabilitätsbereich der Balkenschwingungen untersucht.

     

The postcritical behavior of compressed plates that creep

Summary The deformations of a simply supported rectangular plate are calculated when a uniaxial inplane compressive load is applied to it by means of a rigid platen of a testing machine. This kind of loading enforces a uniform in-plane displacement of the loaded edge and has the consequence that the distribution of the load along the edge becomes increasingly nonuniform as the buckling of the plate becomes more pronounced. The equilibrium, constitutive and compatibility equations are written for a material that deforms elastically and in consequence of steady-state creep but the numerical solution is given for a material that can deform only because of creep. The solution shows that the critical time of the simpler theory in which the load is distributed uniformly does not exist in the case treated here. Nevertheless the critical time is a good indicator of danger because the deformations of the plate increase much more rapidly after the critical time than before.

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Übersicht Es werden die Deformationen einer einfach gelagerten rechteckigen Platte berechnet, die über den starren Balken einer Prüfmaschine auf einachsigen Druck in der Plattenebene belastet wird. Der belastete Rand erleidet dabei eine gleichmäßige Verschiebung, jedoch wird die Lastverteilung längs dieses Randes um so ungleichförmiger, je mehr die Platte ausbeult. Zustandsgleichungen und die Bedingungen für Gleichgewicht und Verträglichkeit werden für elastisch verformbares und stationär kriechendes Material aufgestellt, wobei die numerische Lösung nur für den letztgenannten Fall angegeben wird. Die Ergebnisse zeigen, daß im vorliegenden Fall die kritische Zeit der einfachen Theorie, bei der eine gleichförmige Lastverteilung angenommen wird, nicht existiert. Dennoch ist die kritische Zeit ein gutes Gefahren-Kriterium, weil die Deformationen der Platte nach der kritischen Zeit erheblich rascher anwachsen als davor.

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Dedicated to Professor Dr. H. Görtier on the occasion of his 60th birthday.

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The work reported here was carried out under Contract AF 33 (615) 5115 awarded to Stanford University by the Air Force Flight Dynamics Laboratory at Wright-Patterson Air Force Base, Ohio.     

Vibration of stiffened annular sector plates using the spline element method

Summary Vibrations of a stiffened annular sector plate with arbitrary boundary conditions are analysed using the spline element method. The plate is idealized as a system of an annular sector plate and curved beams rigidly connected to each other. To demonstrate the accuracy of the present method several examples are solved, and the results are compared with those obtained analytically and by other numerical methods. Good accuracy is obtained. The effect of stiffening beams on the frequencies of stiffened annular sector plates is also investigated.

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Bestimmung der Schwingungen versteifter Kreisringsegment-Platten mit Hilfe der Spline-Element-Methode

Übersicht Die Schwingungen versteifter Sektorplatten werden mittels der Spline-Element-Methode untersucht. Die Platte wird als ein System von Sektorplatte und gebogenen Trägern idealisiert. An Zahlenbeispielen wird gezeigt, daß bezüglich der üblichen analytischen Methode und numerischen Methoden die genaue Lösung erhalten wird. Der Effekt versteifender, gebogener Träger auf die Frequenzen wird untersucht.

     

Elasto-plastic bending of an annular plate at large deflection

Summary The elasto-plastic bending of a simply supported annular plate with a free inner edge upon which an uniformly distributed lateral load acts is theoretically investigated, taking into account the influence of the membrane forces. A homogeneous and isotropic elasto-perfectly-plastic material satisfying the Mises' yield condition and the Hencky's stess-strain relation is assumed. The theoretical results are discussed and compared with experimental results obtained with a plate of mild steel; the relation between the real behavior of the actual material and the usual assumptions used in the analysis is emphazised. The theoretical result is also compared with the result of an analysis in which the membrane forces were neglected; in this manner the influence of these forces is shown.

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Übersicht Das elastisch-plastische Biegen einer einfach gelagerten Ringplatte wird theoretisch untersucht, wobei der Einfluß der Membrankräfte berücksichtigt wird. Der innere Rand der Platte ist frei gelagert und trägt eine stetig verteilte Querlast. Es wird ein homogenes, isotropes und ideal elastisch-plastisches Material vorausgesetzt, das der v. Misesschen Fließbedingung und dem Henkyschen Spannungs-Dehnungs-Gesetz genügt. Die Rechenergebnisse werden diskutiert und mit entsprechenden Versuchsergebnissen verglichen, wobei besonderen Wert auf die Beziehung zwischen dem wirklichen Materialverhalten und den üblicherweise in der Theorie verwendeten Annahmen gelegt wird. Die Ergebnisse werden außerdem mit entsprechenden Berechnungsergebnissen verglichen, bei denen die Membrankräfte vernachlässigt wurden, so daß der Einfluß dieser Kräfte deutlich wird.

     

The plane frictionless contact of two elastic bodies — the inclusion problem

Summary The mixed boundary value problem of the contact of two plane elastic bodies of arbitrary shape is solved for zero friction in their contact zone. It is reduced to a system of four singular integral equations referred to the contact zone and the remaining parts of the boundaries of the two bodies. The system is complemented by two more equations derived from the single-valuedness of the displacements along the contact boundaries. The solution of these equations yields the distribution of the contact stresses and the contact length. The method is applied to the symmetric case of an infinite elastic plate containing an oversized elastic inclusion, with and without axial forces applied to the plate at infinity. The evolution of contact relaxation and the progress of the gap between the inclusion and the plate is also given.

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Der ebene reibungslose Kontakt von zwei elastischen Körpern — Das Problem der Einlagerung

Übersicht Das gemischte Randwertproblem der Berührung zweier ebener elastischer Körper von beliebiger Form wird im Falle verschwindender Reibung in der Kontaktzone gelöst. Das Problem wird reduziert auf ein System von vier singulären Integralgleichungen, welche sich auf die Kontaktzone und die übrigen Ränder der zwei Körper beziehen. Das System wird mit zwei weiteren Gleichungen vervollständigt, welche von der Eindeutigkeit der Verschiebungen längs der berührenden Ränder hergeleitet werden. Die Lösung dieser Gleichungen gibt die Verteilung der Kontaktspannungen und die Kontaktlänge. Die Methode wird auf den symmetrischen Fall einer unendlichen elastischen Platte (mit und ohne axiale Kräfte auf den unendlich fernen Rändern), welche eine elastische Einlagerung mit Übermaß enthält, angewandt. Die Entwicklung der Kontaktauflösung und der Vorschrift der Lücke zwischen Einlagerung und Platte werden mit Hilfe der Lösung obiger Gleichungen angegeben.

     

Notes on plastic reloading zone in the asymptotic analysis of elastic-plastic crack extension

Summary The asymptotic structures of near-tip stress and deformation fields are studied for steady-state crack extension in elastic-plastic solids. The condition for the existence of a plastic reloading zone is formulated. If a plastic reloading zone is to exist in hardening materials, the effective stress must become unbounded as the crack flank is approached. It is shown explicitly in the case of mode III that solutions with logarithmic singularity produce negative plastic dissipation in the plastic reloading sector.

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Über die rückplastizierte Zone bei asymptotischen Lösungen der elastisch-plastischen Rißausbreitung

Übersicht Untersucht wird die asymptotische Form von rißspitzennahen Spannungs- und Verformungsfeldern bei der stationären Rißausbreitung in elastisch-plastischen Körpern. Die Bedingung für die Existenz einer rückplastizierten Zone wird formuliert. Wenn eine solche Zone bei verfestigendem Material vorhanden sein soll, muß die Vergleichsspannung bei Annäherung an die Rißflanke unendlich werden. Es wird gezeigt, daß bei Mode III die Lösungen mit logarithmischer Singularität negative Dissipation in der rückplastizierten Zone bedeuten würden.

     

Nonlocal interaction of a dislocation with a crack

Summary Based on the classical stress analysis, the stress field of a screw dislocation near a semi-infinite crack is investigated by a conformal mapping method. The classical image force on the dislocation due to the crack is presented by the obtained classical image stress. To eliminate the singularity of the stress field at the crack tip, the nonlocal elasticity theory is adopted. A maximum of the image stress is found near the crack tip and the nonlocal image force is then acquired by the obtained nonlocal stress field. Both the stress and the image force show much difference from the classical ones and seem to be more reasonable physically.

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Nichtlokale Wechselwirkung zwischen einer Versetzung und einem Riß

Übersicht Basierend auf der klassischen Spannungsanalyse einer Schraubenversetzung neben einem halb-unendlichen Riß mittels einer konformen Abbildung wird die klassische Bildkraft auf die Schraubenversetzung als Folge des Risses vorgestellt. Um die Spannungssingularitäten neben der Rißspitze zu beseitigen, wird die nichtlokale Elastizitätstheorie herangezogen, mittels ihrer wird das Maximum der Spannung neben dem Riß gefunden und die nichtlokale Bildkraft ermittelt. Die Spannungen und die Bildkraft der nichtlokalen Elastizitätstheorie zeigen große Unterschiede gegenüber der klassischen Analyse und sind physikalisch vernünftiger.

     

Stability and secondary bifurcation for von Kármán plates

Summary The Movchan-Liapunov theorem is used to establish a sufficiency criterion for stability of equilibrium configurations of the von Kármán plate under edge loads and displacements. This criterion is used to characterize the possible occurrence of secondary bifurcation from the first buckled state of the perfect plate. A Koiter-Fitch post-bifurcation analysis of the secondary solution leads to a tentative explanation of the mode-jumping phenomenon that is observed experimentally. A numerical study of the rectangular plate for various aspect ratios is given. For this example, the base solution is represented as a perturbation power series in an appropriate load parameter.

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Zusammenfassung Der Movchan-Liapunov Lehrsatz wird benutzt, um ein Zulänglichkeitskriterion für die Stabilität von Gleichgewichtskonfigurationen der von Kármán Platte bei Randbelastungen und Verschiebungen herzustellen. Dieses Kriterion wird benutzt, um den möglichen Eintritt sekundärer Gabelung vom ersten verbogenen Zustand der perfekten Platte zu charakterisieren. Eine Koiter-Fitch Nachgabelungsanalyse der Sekundärlösung führt zu einer tentativen Erklärung des sprunghaften Konfigurationswechsels, den man experimentell beobachtet. Eine numerische Untersuchung der rechteckigen Platte für verschiedene Längenverhältnisse ist gegeben. Für diese Beispiele wird die Primärlösung als Störungspotenzreihe im angemessenen Belastungsparameter gegeben.

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This paper is based in part upon the thesis submitted by the first author to the University of Minnesota in partial fulfillment of the requirements for the Ph. D. degree. Support given by a NASA traineeship is gratefully acknowledged.     

Dynamic analysis of non-symmetric problems for frictionless indentation and plane crack extension

Two-dimensional dynamic analyses of contact and stress loading problems associated with non-symmetric frictionless rigid indentation and plane crack extension under normal stress are presented. The extension rates of the contact strip/crack surfaces are assumed to be constant and sub-critical. Homogeneous function techniques are used to derive general mathematical solutions which are then fitted to the physical problem by matching the predicted and prescribed displacement/stress distributions on the contact strip/crack surfaces. By studying several examples, it is seen that coupling between inherently symmetric and antisymmetric components of the mathematical solutions complicates this procedure. Moreover, the relation between loading and solution behavior is not always physically obvious, especially with regard to symmetry/antisymmetry.

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Zusammenfassung Es werden zweidimensionale dynamische Analysen von Problemen der Berührungs und Spannungsbeanspruchung in Zusammenhang mit nichtsymetrischer, reibungsloser und formfester Vertiefung und Verlängerung eines Rißes in einer Ebene unter normaler Beanspruchung diskutiert. Die Rate der Verlängerung der Oberfläche der Berührungsbahn oder des Rißes wird als konstant und unterhalb der kritischen Schwelle bleibend angenommen. Die Methoden homogener Funktionen werden benutzt, um generelle mathematische Lüsungen abzuleiten, die dann dem physikalischen Problem durch Angleichen der erwarteten mit den gemessenen Verteilungen der Verschiebung/Beanspruchung an den Flächen der Berührungsbahn odes des Rißes angepaßt werden. Die Untersuchung meherer Beispiele zeigt, daß eine Verbindung zwischen inhärenten symetrischen und anti-symetrischen Bestandteilen der mathematischen Lösungen dieses Verfahren komplizieren. Ferner ist die Beziehung zwischen der Belastung und dem Lösungsausfall physikalisch nicht immer naheliegend, insbesondere im Hinblick auf die Symetrie/Antisymetrie.

     

Large dynamic plastic deflection of a simply supported beam subjected to rectangular pressure pulse

Summary This paper concerns the dynamic behaviour of rigid, perfectly plastic simply supported beams with finite deflections by considering both bending moments and axial forces. In the case of rectangular pressure pulse loading, approximate rigid-plastic theoretical solutions are obtained for both medium load and high load; to this end a parabolic law between bending moment and axial force as yield condition is approximated by a circumscribing or an inscribing rectangle. The concept of Saturation Impulse is put forward for the dynamic response of rigid, perfectly plastic structures with finite deflections subjected to rectangular pressure pulse. The value of dimensionless saturation impulse for both simply supported and fully clamped beams are given.

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Große dynamische, plastische Auslenkung eines einfach gestützten Balkens unter einem rechteckigen Druckimpuls

Übersicht Dieser Artikel behandelt das dynamische Verhalten von starren, ideal-plastischen, einfach gestützten Balken mit endlichen Auslenkungen. Dabei werden sowohl Biegemomente als auch Längskräfte berücksichtigt. Für den Fall einer Last in Form eines rechteckigen Druckimpulses erhält man sowohl für mittlere als auch für hohe Last theoretische Näherungs-lösungen. Zu diesem Zweck wird eine parabolische Fließbedingung zwischen Biegemoment und Axialkraft über ein äußeres und inneres Rechteck angenähert. Der Begriff des Sättigungsimpulses wird im Zusammenhang mit der dynamischen Antwort von starren, ideal-plastischen Strukturen mit endlichen Auslenkungen auf einen rechteckigen Druckimpuls vorgestellt. Der Wert des dimensionslosen Sättigungsimpulses wird für einfach gestützte und für vollständig eingespannte Balken gegeben.