25365

تحليل تنش و پيش‌بيني بار شكست سازه‌‌هاي شياردار تحت بار صفحه‌اي به روش برهم نگاري ديجيتالي

دكتراي تخصصي

مهندسي مكانيك

1395-1400

1400/06/24

دكتر مجيدرضا آيت اللهي- دكتر عليرضا ترابي

دكتر مرتضي نجاتي

مهندسي مكانيك

بررسي توزيع تنش و شكست سازه هاي داراي شيار به كمك روش‌‌هاي عددي همواره ممكن نيست. زيرا در بسياري از موارد امكان مدل‌سازي شرايط مرزي و بارگذاري حقيقي سازه يا قطعه وجود ندارد. در نتيجه، نياز به استفاده از روش‌‌هاي تجربي اهميت خود را كماكان حفظ كرده است. اگر چه تاكنون روش هاي مختلفي براي اين مهم پيشنهاد شده است، اما روش برهم نگاري ديجيتالي علي رغم ويژگي هاي بارز آن از جمله قابليت استفاده براي اجسام كدر و شفاف و در دسترس بودن تجهيزات آن كمتر مورد توجه قرار گرفته است. هدف اصلي اين رساله دكتري، تحليل تنش و شكست سازه‌‌هاي داراي شيارهاي نوك‌تيز و نوك گرد به كمك روش تجربي برهم نگاري ديجيتالي تحت بارگذاري مود تركيبي داخل صفحه‌‌اي است. براي اين منظور، با استفاده از ميدان جابه‌جايي به دست آمده از روش برهم نگاري ديجيتالي، ضرايب بسط توزيع تنش اطراف شيارها محاسبه شده است. نشان داده شده است كه ضرايب به دست آمده از اين روش در تطابق بسيار خوبي با نتايج گزارش شده در مقالات و يا نتايج به دست آمده از ساير روش ها است. در گام بعد از توزيع تنش به دست آمده به كمك روش برهم نگاري ديجيتالي به منظور پيش بيني بار شكست سازه‌‌هاي داراي شيار استفاده شده است. عملكرد خوب اين روشِ در محل، براي پيش بيني بار شكست سازه ها در مقايسه با روش-هاي بر پايه‌ي مدل سازي ثابت شده و دلايل آن نيز ذكر شده است. در ادامه از روش بر هم نگاري ديجيتالي استفاده شده است تا تاثير نوع تكيه‌‌گاه استفاده شده در آزمون‌‌هاي چقرمگي شكست بر مقدار چقرمگي شكست به دست آمده مورد بررسي قرار گيرد. نشان داده شده است كه تنها تكيه گاه مناسب براي انجام آزمون هاي خمشي چقرمگي شكست، تكيه گاه با غلطش آزاد است كه كمترين اصطكاك بين قطعه و تكيه گاه را ايجاد مي كند. در پايان نيز از روش برهم نگاري ديجيتالي به منظور به دست آوردن اندازه‌‌ي ناحيه آسيب در شيارها و تخمين اثر اندازه بر چقرمگي شكست استفاده شده است. به كمك روش برهم¬نگاري ديجيتالي ثابت شده است كه ابعاد رايجي كه در اكثر تحقيقات براي قطعات مورد استفاده قرار مي گيرد يا حتي توسط استانداردها توصيه مي¬شود بسيار كوچك تر از آن است كه بتوان چقرمگي شكست غير وابسته به اندازه را از آن ها به دست آورد.

1400/07/24

Stress analysis and fracture prediction of notched structures under in-plane loading using digital image correlation method

9/15/2022 12:00:00 AM

Using numerical approaches in assessment of stress distribution and fracture of notched structures is not always feasible. Since, in many cases, it is not possible to simulate the real boundary and loading conditions of a structure, employing experimental techniques still has preserved its importance. Although up to now, different methods have been suggested for this important task, the digital image correlation (DIC) method has been less considered while it has several advantages including applicability for both non-transparent and transparent materials and its easily accessible facilities. The main objective of this thesis is to assess the stress and fracture of sharp and blunt V-notches using the DIC method under mixed-mode in-plane loading. To do so, firstly, the displacement field obtained from the DIC method was used to calculate the coefficients of the notch asymptotic stress field. It was shown that the results calculated from the DIC method are in very good agreement with the results obtained from other approaches or the ones reported in the literature. In the next step, the stress field obtained from the DIC method was used to predict the fracture load of notched structures. The accurate performance of this in-situ approach for fracture prediction of notched structures was proved and justified. Subsequently, the DIC method was used to assess the effects of support type on the fracture toughness value measured from the bending fracture toughness tests. It was demonstrated that the only suitable support type for being employed in bending fracture toughness tests is the free-rolling one which generates the least possible friction between the supports and the samples. At last, the DIC method was utilized to measure the length of fracture process zone and to study the size effect in rock samples. By using the DIC method, it was proved that the common specimen sizes which are used in most of the research studies or recommended by standard codes are too small to be used for measuring the size-independent fracture toughness of rocks.

تحليل تجربي تنش , روش برهم نگاري ديجيتالي , بارگذاري مود تركيبي داخل صفحه , بارگذاري مود تركيبي داخل صفحه , سازه‌‌هاي شياردار , چقرمگي شكست , مدلسازي اجزاء محدود

Experimental stress analysis , Digital image correlation method , In-plane mixed-mode loading , Notched structures , Fracture toughness , Finite element analysis