Environmentally-assisted fatigue crack growth in prestressing steel wires

Abstract

This paper presents the evolution of the surface crack front in prestressing reinforced concrete steel wires subjected to fatigue in air and to corrosion-fatigue in Ca(OH)₂+NaCl. To this end, a numerical modelling was made on the basis of a discretization of the crack front (with elliptical shape), considering that the crack advance at each point is perpendicular to such a front according to a Paris-Erdogan law, and using a threeparameter solution for stress intensity factor (SIF). Each analyzed case (a particular initial crack geometry) was characterized by the evolution of the semielliptical crack aspect ratio (relation between the semiaxes of the ellipse) with the relative crack depth and by the variation of the maximum dimensionless SIF at the crack front.

Описано еволюцію фронту поверхневої тріщини в сталевих дротах для переднапруженого стану залізобетону, підданих втомному навантаженню на повітрі і корозійній втомі в середовищі Ca(OH)₂ + NaCl. На основі дискретизації чисельно змодельовано фронт тріщини, який приймали еліптичним, і вважали, що тріщина в кожній точці просувається перпендикулярно до її фронту згідно з законом Періса–Ердогана. Використовували трипараметричний розв’язок для коефіцієнта інтенсивності напружень (КІН). Кожний з аналізованих випадків, якому відповідала певна початкова геометрія тріщини, характеризувався еволюцією форми напівеліптичної тріщини (відношення півосей еліпса) і відносної її глибини, а також варіацією значень максимального безрозмірного КІН вздовж фронту тріщини.

Описана эволюция фронта поверхностной трещины в стальных проволоках для преднапряженного состояния железобетона, подвергаемых усталости на воздухе и коррозионной усталости в среде Ca(OH)₂+ NaCl. На основе дискретизации численно смоделирован фронт трещины, который принимали полуэллиптическим, и считали, что трещина в каждой точке движется перпендикулярно к ее фронту согласно закону Пэриса– Эрдогана. Использовали трехпараметрическое решение для коэффициента интенсивности напряжений (КИН). Каждый из анализированных случаев, которому соответствовала определенная начальная геометрия трещины, характеризовался эволюцией формы полуэллиптической трещины (отношение полуосей эллипса) и относительной ее глубины, а также изменением значений максимального безразмерного КИН вдоль фронта трещины.