26415

محاسبه پارامترهاي شكست قطعات تركدار با استفاده از روش برهم نگاري تصاوير ديجيتال

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك گرايش طراحي كاربردي-جامدات

1398-1399

1400/10/13

مجيدرضا آيت اللهي

مهندسي مكانيك

توانايي پيش‌بيني شروع شكست مواد ترد براي عملكرد قابل اعتماد سازه‌هاي مهندسي از اهميت قابل ‌ملاحظه‌اي برخوردار است. بازرسي‌هاي غير مخرب و تحليل‌هاي حد تحمل آسيب معمولاً براي ترك‌هايي كه از طريق فرآيند توليد يا در طول عمر كاري قطعه ايجاد مي‌شوند، انجام مي‌گردد. از آنجا كه وجود ترك بشدت بر ظرفيت باربري سازه‌ها اثر مي‌گذارد، مفهوم مكانيك شكست الاستيك خطي به‌طور گسترده‌اي براي مطالعه تأثير ترك‌ها بر عملكرد سازه و تعيين طول‌هاي مجاز ترك استفاده مي‌شود. پارامترهاي ترك مانند ضرايب شدت تنش و T-stress در بسط‌ سري ويليامز، عوامل مهمي براي تحليل شكست سازه‌هاي ترك خورده با استفاده از فرضيه مكانيك شكست الاستيك خطي هستند. بنابراين، تعيين دقيق اين پارامترها در مكانيك شكست از اهميت بالايي برخوردار است. از اين رو، اين مطالعه، با استفاده از روش تجربي بر هم‌نگاري تصاوير ديجيتالي، به تعيين پارامترهاي ترك براي مواد مختلف فلزي شامل آلومينيم 7075، چدن 30GG و فولاد 4340 مي‌پردازد. به‌منظور دستيابي به آن، نمونه‌هاي خمش چهار نقطه (4PB) حاوي ترك تحت شرايط مختلف بارگذاري درون صفحه¬اي قرار مي‌گيرند. ازآنجاكه نوع بارگذاري قطعه در تعيين ميدان تنش اثر دارد، ازاين‌رو، سه نوع بارگذاري داخل صفحه‌اي شامل، بارگذاري در حالت مود I خالص، بارگذاري در حالت مود II خالص و بارگذاري مود تركيبي I/II در نظر گرفته مي‌شوند. درنهايت، با استفاده از روش عددي اجزاي محدود، كـارايي روش ارائـه شده تجربي و اعتبارسنجي نتايج آن صورت مي‌پذيرد. يافته‌ها حاكي از آن هستند كه ضرايب به دست آمده از طريق روش تجربي براي دو ماده چدن و آلومينيم از دقت قابل قبولي برخوردار مي‌باشند. اما به علت تشكيل ناحيه‌ي پلاستيك قابل‌توجه در نواحي نوك ترك نمونه‌هاي ساخته شده از ماده فولادي، و خارج شدن از فرضيه مكانيك شكست الاستيك خطي، دقت نتايج به‌شدت كاهش مي‌يابند.

1401/01/28

Determination of fracture parameters of cracked components using digital image correlation method

1/3/2023 12:00:00 AM

The ability to predict the initiation of brittle fracture is of fundamental importance for a reliable performance of engineering components and structures. Non-destructive inspections and damage tolerance analyses are usually performed to evaluate the cracks that are generated through the manufacturing processes or during the component service life. Because the existence of cracks greatly affects the load-bearing capacity of the structures, the concept of linear elastic fracture mechanics is widely used to study the influence of cracks on structural performance and to determine the allowable crack lengths. The crack parameters such as stress intensity factors, the Tstress and the coefficients of the higher-order terms in the Williams series expansions are important factors for fracture analysis of cracked structures using LEFM. Therefore, an accurate determination of these parameters is of great importance in fracture mechanics. As a result, using the digital image correlation approach, this thesis estimates the crack parameters of various metal materials such as aluminum 7075, cast iron GG30, and steel 4340. To do so, cracked four point bend (4PB) specimens are utilized under different in-plane load conditions. Inasmuch as the stress filed of the cracked components is influenced by loading types, three different types of in-plane loads are considered: Mode I, Mode II, and mixed-mode I/II. Finally, the accuracy of the proposed experimental outcomes is validated using the finite element method. The results demonstrated that the experimental results for cast iron and aluminum were in good agreement with the finite element results. However, because of the significant plastic zone around the crack tip, the accuracy of the steel components results decreases.

ضرايب شدت تنش , مواد ترد , ترم تنش T , روش برهم نگاري ديجيتالي

Stress intensity factor , Brittle material , T-stress , Digital image correlation

mohammad mahmoudi jonoush

majid reza ayatollahi