9697

پيشينه شكست نرم مواد مهندسي

دكتر مجيدرضا آيت اللهي

دكتر عليرضا ترابي

گزارش حاضر حاصل جستجويي در ميان مقالات منتشر شده درباره معيارهاي مرتبط با شكست نرم در قطعات مهندسي ترك‌دار و شياردار است. به دليل تشكيل آرام و انتشار تدريجي ترك‌ در مرز شيار مواد چكش‌خوار، تشخيص ترك ‌بحراني، در بازرسي‌هاي دوره‌اي سازه‌هاي مهندسي بسيار راحت‌تر است. سازه‌هاي مهندسي معمولا از فلزات چكش‌خوار (فولاد، آلومينيوم، آلياژ‌هاي تيتانيوم و. . . )، پليمرها و كامپوزيت‌هاي پليمري ساخته مي‌شوند و اكثر آن‌ها داراي شيار‌هاي O، U و V شكل هستند كه براي انجام وظايف خاصي (از جمله انتقال بار از يك قطعه به قطعه ديگر، اتصال بين قطعات مختلف و. . . ) در فرآيند طراحي در نظر گرفته مي‌شوند. حضور شيارها سبب بوجود آمدن تمركز تنش در اطراف شيار مي‌شود و اين ناحيه را در معرض شكست قرار مي‌دهد. بنابراين، ضروري است كه در طراحي سازه‌‌هاي داراي شيار از يك روش خاص استفاده شود به گونه‌اي كه ترك از مرز شيار آغاز نشود يا حداقل شروع آن به تعويق بيافتد. براي رسيدن به اين هدف جهت پيش‌بيني شروع ترك، استفاده از معيارهاي شكست مناسب براي تخمين لحظه شروع ترك و بار بحراني ضروري است. به طور خاص معيارهاي "مفهوم ماده معادل (EMC)، "مفهوم ماده معادل اصلاح شده (MEMC)" و "مفهوم ماده مجازي (FMC)" مورد مطالعه و بررسي قرار گرفته و كاربرد آن‌ها در مواد مختلف مهندسي مطالعه شده است. از مفهوم ماده معادل(EMC) به منظور برابر كردن يك ماده چكش‌خوار با ماده ترد مجازي (از ديدگاه چگالي انرژي كرنشي) استفاده مي‌شود. با استفاده از EMC، مي توان در تحقيقات شكست يك ماده ترد مجازي داراي رفتار الاستيك خطي را به جاي ماده چكش‌خوار با رفتار الاستوپلاستيك در نظر گرفت. در نهايت معيارهاي شكست ترد به سادگي براي مطالعه پديده شكست در مواد چكش‌خوار بكار برده مي‌شوند. فرض اوليه EMC آن است كه مواد چكش‌خوار، چقرمگي شكست معتبر و مطابق با استاندارد ASTM E399، داشته باشند. اين نوع مواد معمولا استحكام تسليم و نهايي بسيار نزديكي دارند (σy و (σuبا اين حال، دامنه وسيعي از مواد چكش‌خوار وجود دارد كه داراي كرنش سختي قابل ملاحظه هستند و معيار EMC قادر به پيش‌بيني آن‌ها نخواهد بود. براي استفاده از EMC براي چنين موادي محققان اخيرا مدل اصلاح ‌شدهEMC (MEMC)را پيشنهاد كرده‌اند كه در آن مقدار Kc مجازي براي ماده معادل محاسبه مي‌شود. در مواردي كه مواد چكش‌خوار كرنش شكست و كرنش سختي قابل توجهي دارند، مقدار چگالي انرژي كرنشي (SED) تا نقطه نهايي منحني تنش-كرنش بسيار بزرگ است و منجر به محاسبه مقدار زياد استحكام كششي براي ماده معادل مي‌شود. اين بدان معني است كه مقدار LCC پيش‌بيني‌شده توسط MEMC كاملا غير واقعي است و با داده‌هاي تجربي تطابق ندارد. براي غلبه بر اين محدوديت، مفهوم ماده مجازي پيشنهاد شده‌ است. در نهايت در مقالات مختلف نتايج حاصل از سه معيار با نتايج آزمايشگاهي مقايسه شده است و نشان داده مي‌شود كه هر سه معيار قادر به پيش بيني ظرفيت تحمل بار قطعات شياردار و ترك‌دار مي‌باشند. علاوه براين با استفاده از اين معيارها مي‌توان از از تحليل هاي زمان‌بر و پيچيده الاستوپلاستيك اجتناب كرد. اين موضوع سبب كاهش هزينه تحقيقات مي‌شود و براي مهندسين و طراحان بسيار حائز اهميت خواهد بود.

6/16/2020 12:00:00 AM

71923

1400/06/01

پيشينه شكست نرم , مفهوم ماده معادل , مفعوم ماده معادل اصلاح شده , مفهوم ماده مجازي

Equivalent Material Concept , Modified Equivalent Material Concept , Fictitious Material Concept , Ductile Fracture