The validity of various fracture mechanics methods at creep temperatures

The application of stress intensity factors derived from linear elastic fracture mechanics (LEFM) to fracture at creep temperatures has been considered. From tensile creep rupture tests on single edge notched and notched centre hole specimens of solution treated A.I.S.I. type 316 stainless steel, it is shown that a LEFM approach is inapplicable to predicting creep crack growth rates, whilst the net section stress is found to correlate well with the crack growth rates. These observations have been explained by considering the creep relaxation that takes place at the notch root, smoothing out the local stresses and thus making the LEFM stress distribution inapplicable. The resulting stress distribution supports the observation that the net section stress is a successful criterion on which to predict creep rupture in stainless steel.The limitations as a fracture mechanics method are explored and it is found that a criterion based on the amount of creep rather than stress would have advantages in some respects. In this context the “crack opening displacement” and the “fracture angle” criteria are considered and their use is found to hinge upon the development of suitable methods for relating the local displacement to the applied stress.RésuméOn a envisagé l'application des facteurs d'intensité d'entaille déterminés par la mécanique de rupture linéaire à la rupture linéaire à la rupture aux températures de fluage. Des essais de rupture par fluage en traction d'éprouvettes à entaille de bord simple ou a trou central en acier inoxydable traité AISI 316 ont montré que l'approche de la mécanique linéaire de rupture n'est pas applicable à la prédiction de la vitesse de croissance des fissures de fluage, mais que celle-ci peut être en bonne corrélation avec la contrainte nette.Ces observations ont une explication en considérant la relaxation associée au fluage qui se produit à l'extrémité de l'entaille, qui écrête les contraintes locales et rend inapplicable la distribution des contraintes prévues par la théorie linéaire élastique.La distribution des contraintes qui résulte de cette relaxation explique l'observation expérimentale selon laquelle la tension nette est un critère satisfaisant pour prédire la rupture par fluage des aciers inoxydables.On explore les limitations de la méthode pour établir la mécanique de la rupture, et on trouve qu'un critère basé sur le taux de fluage plutôt que sur la contrainte aurait certains avantages. Dans ce contexte, les critères de COD et d'angle de rupture sont envisagés, et l'on trouve que leur emploi peut servir au développement de méthodes appropriées pour relier les déplacements locaux aux contraintes appliquées.