Finite and boundary element analysis of crack closure

The aim of this work is an analysis of contact pressure between crack surfaces and its influence on effective elastic properties of materials with randomly distributed cracks. The finite element method (FEM) and the boundary element methods (BEM) are applied to the numerical analysis of materials, and the results are compared. Three numerical results are presented. The accuracy of contact pressure obtained by numerical solutions is verified for a single inclined crack in an infinite plate subjected to compression by comparison with an analytical solution. The influence of angle between cracks and directions of compressive loading on contact pressure for a branched crack in a rectangular plate is studied. The effective Young moduli and Poisson ratios for a rectangular plate with randomly distributed cracks are computed. The plate contains intersecting cracks which are in contact when the plate is subjected to tension or compression.

Celem pracy jest analiza sił kontaktowych między powierzchniami pęknięć i ich wpływu na zastępcze własności sprężyste materiałów z losowo rozmieszczonymi pęknięciami. Zastosowano metodę elementów skończonych (MES) i metodę elementów brzegowych (MEB) w analizie numerycznej materiałów i porównano wyniki obliczeń. Przedstawiono trzy przykłady numeryczne. Zbadano dokładność sił kontaktowych wyznaczonych metodami numerycznymi przez porównanie z rozwiązaniem analitycznym dla pojedynczego ukośnego pęknięcia w ściskanej nieskończonej tarczy. Badano wpływ kąta między pęknięciami i kierunków obciążenia ściskającego na siły kontaktowe rozgałęzionego pęknięcia w tarczy prostokątnej. Obliczono zastępcze moduły Younga i współczynniki Poissona prostokątnej tarczy z losowo rozmieszczonymi pęknięciami. Tarcza zawierała przecinające się pęknięcia, które stykają się, gdy tarcza jest rozciągana lub ściskana.