بررسي پايداري مسير رشد ترك در قطعات ترد شياردار تحت بارگذاري مود I

دكترا

در اين رساله به بررسي زاويه رشد ترك در يك سري نمونه¬هاي ترد داراي شيار V نوك تيز و نوك گرد، شيار VO و شيار U تحت بارگذاري مود I به صورت عددي، تئوري و آزمايشگاهي پرداخته شده است. هدف اصلي اين رساله نشان دادن تاثير هندسه و ترم¬هاي مرتبه بالاتر تنش بر روي زاويه شكست و استحكام شكست مود I شيار از نوك شيار و سپس كمّي كردن انحراف ترك از نوك شيار و همچنين بار شكست مي¬باشد. به دليل متفاوت بودن مقدار تكينگي در شيارهاي مختلف، لازم است مطالعات براي هر شيار به طور جداگانه انجام پذيرد. بدين منظور يك سري آزمايشهاي شكست مود I بر روي نمونه¬هاي CT و DCB داراي شيار V نوك تيز و شيار U از جنس PMMA و سنگ مرمر و همچنين شيار¬هاي V نوك گرد و VO از جنس PMMA، با هندسه¬هاي متفاوت انجام شد. مشاهده گرديد علي رغم وجود تقارن در نمونه¬هاي هندسي و بارگذاري، ترك شكل گرفته از نوك شيار در نمونه¬هاي DCB در راستاي نيمساز شيار رشد نمي-كند و از نوك شيار منحرف مي¬شود. سپس، به بررسي اثر هندسه در انحراف ترك به صورت حل المان محدود پرداخته شد و ديده شد با وجود شرايط بارگذاري مود I خالص و تقارن در نمونه¬هاي هندسي، بيشترين تنش محيطي در اطراف نوك شيار، در راستاي نيمساز شيار نمي¬باشد. معيارهاي شكست مرسوم، زاويه شكست را در راستاي نيمساز شيار پيش¬بيني مي¬كنند. بنابراين يك معيار مناسب لازم مي¬باشد تا قادر به تخمين انحراف ترك و استحكام شكست شيار باشد. به منظور تخمين انحراف ترك در نوك شيارهاي V تيز و U به روش تئوري، يك معيار شكست مناسب مبتني بر انرژي و مبتني برتنش، با استفاده از ترم¬هاي مرتبه بالاتر تنش توسعه داده شد. معيارهاي توسعه داده شده به نام¬هاي GMTS و GSED اثرات هندسه و جنس ماده را همزمان لحاظ مي¬كنند. در ادامه، نتايج آزمايشگاهي و حل عددي با تخمين¬هاي حاصل از تئوري¬ها مقايسه و نشان داده شده است كه ترم¬هاي مرتبه بالاتر تاثير قابل توجهي در تخمين انحراف ترك و همچنين استحكام شكست را دارند و افزودن ترم¬هاي مرتبه بالاتر در معيار شكست باعث بهبود تخمين¬ها مي¬شود. در حالت كلي، براي نمونه¬هاي DCB با در نظر گرفتن ترم¬هاي مرتبه بالاتر و همچنين با توجه به نوع شيار، هندسه¬ي نمونه و جنس نمونه، زاويه شكست در محدوده¬ي 75-45 درجه و افت بار شكست در مقايسه با نمونه CT در محدوده¬ي 40-60 % مي¬باشد.

205473

دانشگاه علم و صنعت ايران

فيليپو برتو

مهندسي مكانيك- طراحي كاربردي ـ مكانيك جامدات

مجيدرضا آيت اللهي