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A dimensional analysis approach to fatigue in quasi-brittle materials

Paggi, Marco A dimensional analysis approach to fatigue in quasi-brittle materials. Frattura ed Integrità Strutturale, 10. pp. 43-53. ISSN 1971-8993 (2009)

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Abstract

RIASSUNTO. Nel presente lavoro si propone uno studio di analisi dimensionale del fenomeno della fatica nei materiali quasi-fragili. Esso costituisce una generalizzazione della metodologia pionieristica proposta da Barenblatt e Botvina e si prefigge di interpretare le deviazioni dalle leggi di potenza classiche usate per caratterizzare il comportamento a fatica dei materiali. In base a questo approccio teorico, gli effetti dovuti alla dimensione microstrutturale (correlabile al contenuto volumetrico di fibre nei calcestruzzi fibrorinforzati), alla dimensione delle fessure e alla scala strutturale sulla legge di Paris e sulle curve di Wöhler sono discussi in un contesto matematico unificato. Il modello teorico è confermato dal confronto con rilevanti risultati sperimentali disponibili in letteratura, usati per determinare i valori degli esponenti di autosimilarità incompleta. Le informazioni fornite da questa teoria possono essere particolarmente utili per guidare la progettazione di nuovi esperimenti, dal momento che viene chiarito il ruolo delle diverse variabili adimensionalizzate che governano il fenomeno della fatica. ABSTRACT. In this study, a generalized Barenblatt and Botvina dimensional analysis approach to fatigue crack growth is proposed in order to highlight and explain the deviations from the classical power-law equations used to characterize the fatigue behaviour of quasi-brittle materials. According to this theoretical approach, the microstructural-size (related to the volumetric content of fibres in fibre-reinforced concrete), the crack-size, and the size-scale effects on the Paris’ law and the Wöhler equation are presented within a unified mathematical framework. Relevant experimental results taken from the literature are used to confirm the theoretical trends and to determine the values of the incomplete self-similarity exponents. All these information are expected to be useful for the design of experiments, since the role of the different dimensionless numbers governing the phenomenon of fatigue is herein elucidated.

Item Type: Article
Identification Number: 10.3221/IGF-ESIS.10.06
Uncontrolled Keywords: Fatigue; Quasi-brittle materials; Fibre-reinforced concrete; Dimensional analysis; Incomplete selfsimilarity.
Subjects: T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery
Research Area: Computer Science and Applications
Depositing User: Prof Marco Paggi
Date Deposited: 02 Dec 2013 10:25
Last Modified: 09 Oct 2014 09:20
URI: http://eprints.imtlucca.it/id/eprint/1981

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