26185

بررسي چقرمگي شكست نمونه هاي شياردار نرم با كرنش - سختي و كرنش واماندگي بالا تحت بارگذاري مركب I/III

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1400/12/4

مجيدرضا آيت اللهي

عليرضا ترابي

مهندسي مكانيك

بر خلاف تركها كه معمولاً در اجزا و سازههاي مهندسي بهصورت ناخواسته ظاهر ميشوند، از شيارها اغلب بهدليل نيازهاي ويژه طراحي استفاده ميشود. شيار باعث ايجاد تمركز تنش در اطراف نوك خود شده و بنابراين ميتواند مستعد ايجاد ترك شود. چنين تركهايي ميتوانند در اجزاي شياردار رشد كرده و در نهايت منجر به شكست آن¬ها شوند، در نتيجه همواره بررسي ظرفيت باربري چنين قطعاتي مورد نياز است. از طرف ديگر، بسياري از اجزاي سازه¬اي و ساختارهاي مهندسي از مواد شكلپذير با رفتار غيرخطي، بهويژه از مواد فلزي ساخته شدهاند كه براي اطمينان از ايمني، ارزيابي دقيق مقاومت براي آنها لازم است. از اين رو، در پژوهش پيشرو، به بررسي چقرمگي شكست نمونههاي شياردار V شكل همراه با سوراخ انتهايي ساخته شده از جنس فولاد ضدزنگ 316L تحت بارگذاري مركب I/III پرداخته شده است. بدين منظور، ابتدا نمونهها با هندسه مشخص ساخته شده و با استفاده از فيكسچري كه توانايي اعمال بار كششي خالص، برشي خارج صفحه و تركيب آنها را دارد، در مودهاي مختلف بارگذاري شده و ظرفيت باربري تجربي آنها اندازهگيري شده است. سپس جهت اجتناب از انجام محاسبات پيچيده و زمانبر الاستوپلاستيك، مفهوم ماده فرضي به كارگرفته شده تا به كمك آن بتوان ماده شكلپذير را به ماده ترد فرضي تبديل كرد. در ادامه مفهوم ماده فرضي با دو معيار شكست ترد بيشترين تنش مماسي و تنش متوسط جهت پيشبيني ظرفيت باربري نمونههاي شياردار، تركيب شد. مقدار اختلاف نتايج هركدام از معيارهاي بيشترين تنش مماسي و تنش متوسط در تركيب با مفهوم ماده فرضي، با نتايج حاصل از آزمايش بهترتيب برابر با 13/51 و 14/40 درصد به‌دست آمده است. اين ميزان اختلاف نشان ميدهد كه استفاده از مفهوم ماده فرضي در تركيب با معيارهاي شكست ترد ذكر شده، موفقيتآميز بوده است.

1400/12/13

Fracture toughness assessment of notched ductile specimens with high strain-hardening and large strain-to-failure under mixed mode I/III loading

2/23/2023 12:00:00 AM

Unlike cracks, which usually appear unwantedly in engineering components and structures, notches are often used due to special design needs. The notch creates stress concentration around its tip and therefore can be prone to cracking. The nucleated cracks can extend into the notched component and eventually lead to failure, so it is always necessary to check its load-carrying capacity. On the other hand, many components and engineering structures are made of ductile materials with nonlinear behavior, especially metallic materials, which require accurate evaluation of strength to ensure safety. Therefore, in the present study, the fracture toughness of V-shaped notched specimens with end holes made of 316L stainless steel under mixed-mode I/III loading has been investigated. For this purpose, some specimens with a specific geometry are prepared and loaded in different modes using a fixture capable of applying pure tension, out-of-plane shear, and combined tension-shear in order to obtain their load-carrying capacity experimentally. Then, in order to avoid complicated and time-consuming elastoplastic calculations, the concept of fictitious material which can convert a ductile material into a virtual brittle material is described. Then, the fictitious material concept is combined with two brittle fracture models, i.e. maximum tangential stress and mean stress criteria, to predict the load-carrying capacity of notched specimens. The differences between the experimental results and results predicted based on the maximum tangential stress and the mean stress combined with the fictitious material concept, are 13.51% and 14.40%, respectively. These differences indicate that the use of the fictitious material concept in combination with the mentioned brittle fracture criteria is successful.

تمركز تنش , چقرمگي شكست , فولاد ضدزنگ 316L , بارگذاري مركب I/III , فيكسچر , الاستوپلاستيك , مفهوم ماده فرضي , معيار بيشترين تنش مماسي , معيار تنش متوسط

Stress concentration , Fracture toughness , Mixed mode I/III loading , 316L stainless steel , Fixture , Elastoplastic , Fictitious material concept , Maximum tangential stress , Mean stress

Hossein Talebi

Majid Reza Ayatollahi