In this study, we use the mechanism-based strain gradient plasticity theory to evaluate both crack tip dislocation density behaviour and the coupled effect of the material plastic properties and the intrinsic material length on non-linear amplitude factors. The two planar classical stress-strain states are examined, namely, plane strain and plane stress, both under pure mode I and pure mode II loading conditions. The constitutive relations are based on Taylor's dislocation model, which enables gaining insights into the role of the increased dislocation density associated with large gradients in plastic strain near cracks. The material model is implemented in a commercial finite element (FE) software package using a user subroutine, and the nonlinear stress intensity factors (SIF) are evaluated as a function of the intrinsic material length, characterising the scale at which gradient effects become significant. As a result of the FE calculations of dislocation density distributions, the effects of both the fracture mode and the stress-strain state are determined. In pure mode I, the geometrically necessary dislocation (GND) density is located symmetrically with respect to the blunted crack tip. On the contrary, under pure mode II, the GND density becomes concentrated in the blunted and sharp parts of the crack tip. In this case, fracture initiation is shown to be likely to occur near the blunted region of the crack tip, where both the stress triaxiality and the GND density are at their maximum. The relation between the equilibrium state of dislocation densities and the intrinsic material length as well as the plastic SIF as a function of the work hardening exponent is discussed.


翻译:在此研究中,我们使用基于机制的树枝梯度可塑性理论来评估裂缝偏移密度行为以及材料塑料特性和内在材料长度对非线性振幅因素的结合效应。我们用纯模式一和纯模式二的装载条件来审查两个平面典型压力力状态,即平面压力力和平面压力力。组成关系以泰勒的脱序模型为基础,从而能够深入了解与裂缝附近塑料裂缝中较大梯度有关的日益失调密度的作用。材料模型在使用用户子路程的商用有限要素(FE)软件包中实施,而非线性压力强度因素(SIF)作为内在物质长度的函数加以评估。由于对调离心密度分布的计算,骨折模式和压力压力压力压力力状态都得到了确定。在纯度I型模式一中,对骨质性(GND)密度的密度与硬质裂点(FE)的长度(FEFE)软件包件(FFE)的长度(FE)结合。相反,在纯模式二下,骨质变硬的内值的内值是硬性(GND)的内值(GND)的内值(GND)的内值,其内值是直值,其直为正值的内值的根部的内值的内值,其直为正值的内值是根根根,其直为根根,其直为根,根,根为根为根为根为根为根为根为根为根,根,根为根为根为根为根为根和底为根,根。在正的根,根根。在直的根部的根部的根根根根。在根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根,根根根根根根根根根至底为根至底的根,根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根至根至根至底为根至根根至根根根根根根根根根根根根根根根根根根至底,根至根至底,根至根根

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