Issue 20

R. Brighenti et alii, Frattura ed Integrità Strutturale, 20 (2012) 6-16; DOI: 10.3221/IGF-ESIS.20.01 6 Crack path dependence on inhomogeneities of material microstructure Roberto Brighenti, Andrea Carpinteri, Andrea Spagnoli, Daniela Scorza Department of Civil and Environmental Engineering & Architecture, University of Parma, Viale Usberti, 181/A, 43124 Parma, Italy spagnoli@unipr.it A BSTRACT . Crack trajectories under different loading conditions and material microstructural features play an important role when the conditions of crack initiation and crack growth under fatigue loading have to be evaluated. Unavoidable inhomogeneities in the material microstructure tend to affect the crack propagation pattern, especially in the short crack regime. Several crack extension criteria have been proposed in the past decades to describe crack paths under mixed mode loading conditions. In the present paper, both the Sih criterion (maximum principal stress criterion) and the R-criterion (minimum extension of the core plastic zone) are adopted in order to predict the crack path at the microscopic scale level by taking into account microstress fluctuations due to material inhomogeneities. Even in the simple case of an elastic behaviour under uniaxial remote stress, microstress field is multiaxial and highly non-uniform. It is herein shown a strong dependence of the crack path on the material microstructure in the short crack regime, while the microstructure of the material does not influence the crack trajectory for relatively long cracks. S OMMARIO . L’andamento dei percorsi di frattura sotto diverse condizioni di carico e caratteristiche microstrutturali del materiale ha un ruolo importante nella determinazione delle condizioni di nucleazione e propagazione a fatica della fessura. Inevitabili disomogeneità nella microstruttura del materiale tendono a influenzare il percorso di propagazione della fessura, particolarmente nel caso di fessure corte. In letteratura sono stati proposti numerosi criteri volti a descrivere i percorsi di frattura in condizioni di modo misto. Nel presente lavoro, sia il criterio di Sih (della massima tensione principale) che il criterio R (della minima estensione della zona plastica) sono stati adottati per predire i percorsi di frattura alla scala microscopica tenendo conto di fluttuazioni delle microtensioni dovute alle disomogeneità del materiale. Anche nel semplice caso di comportamento elastico del materiale in presenza di tensione monoassiale remota, il campo tensionale alla microscala risulta essere multiassiale e non uniforme. Viene evidenziata una significativa dipendenza del percorso di frattura nel caso di fessure corte dalla microstruttura del materiale, mentre nel caso di fessure lunghe tale dipendenza risulta trascurabile. K EYWORDS . Crack path; Kinked crack; Microstress fluctuation; Material microstructure. I NTRODUCTION he evaluation of fatigue crack growth at small scale is still an open problem. As a matter of fact, when the crack size is comparable with a characteristic length of the material (e.g. grain size in metallic materials), mechanical barriers to crack growth are produced by the material microstructure, and the plastic zone size at crack tip T