The effect of damping on the spring-mass dynamic fracture model

Abstract

A recent paper has analysed high speed crack growth using a lumped mass-spring model which includes the effect of the contact stiffness. It was shown that the energy release rate G could be computed for this dynamic situation by using the kinetic energy of the mass. The model has been particularly successful in describing dynamic effects in the Charpy impact test. This paper extends the model by including damping in parallel with the specimen stiffness which is a reasonable representation of a viscoelastic material. It is shown that G can be greatly influenced by even a small amount of damping if short time fracture is involved. The method is based on the energy rate balance approach pioneered by MLW.

Résumé

Dans un mémoire récent, on a analysé la croissance à grande vitesse d’une fissure en utilisant un modèle masse tombante-ressort incluant l’effet de la raideur é l’endroit du contact. On a montré que la vitesse de relaxation de l’énergie G pouvait être calculée dans une telle situation dynamique en utilisant l’énergie cinétique de la masse. Ce modèle s’est révélé particuliérement satisfaisant pour décrire les effets dynamiques dans l’essai de résilience Charpy. La présente étude élargit le modéle en introduisant un amortissement en paralléle à la raideur du matériau, ce qui constitue une représentation raisonnable d’un matériau viscoélastique. On montre que G peut être considérablement influencé même par un petit peu d’amortissement si une rupture à brève échéance est en cause. La méthode est basée sur l’équilibre des vitesses des énergies en présence, une approche dont Max L. Williams a été le pionnier.