16641

16641

بررسي شكست اجسام داراي شيار كليدي شكل تحت بارگذاري برشي فشاري

كارشناسي ارشد

مكانيك جامدات

مهرماه 1395

پروفسور مجيدرضا آيت اللهي

دكتر عليرضا ترابي

مكانيك

چكيده در پژوهش حاضر، شكست ترد شيار كليدي¬شكل تحت بارگذاري مركب I/II با شرايط مود I منفي در دو حالت تجربي و تئوري بررسي شده است. نمونه¬ي ديسك برزيلي داراي شيار كليدي¬شكل ساخته شده از نوعي پلي¬استايرن به نام GPPS، كه توسط پارامترهاي مختلف هندسي يعني نسبت طولي و شعاع نوك شيار مشخص، به منظور انجام آزمايش¬هاي شكست تحت بارگذاري مركب I/II با سهم مود І منفي مورد استفاده قرار گرفته است. با توجه به نتايج مدل¬سازي¬ اجزاي محدود، نتيجه¬گيري شد كه چهار مدل شرايط بارگذاري در نمونه¬هاي ديسك برزيلي شياردار وجود دارد كه عبارتند از: 1) مود I كششي خالص 2) بارگذاري مركب I/II با شرايط مود I مثبت 3) مود برشي خالص 4) بارگذاري مركب I/II با شرايط مود I منفي. در واقع ارزيابي بارگذاري مود تركيبي با شرايط مود I منفي بر روي يك ماده¬ي ترد جديد، هدف اصلي در اين پايان¬نامه مي¬باشد. در مجموع 90 آزمايش شكست در دماي اتاق صورت گرفته و نتايج بار و زاويه شروع شكست تجربي براي نمونه¬هاي تجربي گزارش شده است. به منظور پيش¬بيني نتايج تجربي، دو معيار شكست ترد مبتني بر تنش، به نام¬هاي تنش محيطي بيشينه شيار كليدي¬شكل و تنش ميانگين شيار كليدي¬شكل ارائه شده است. همچنين فواصل¬ بحراني براي هر كدام از معيارهاي تنش¬پايه¬اي، بر اساس دو روش متفاوت محاسبه شده است؛ به اين معني كه چهار نوع منحني پيش¬بيني شكست توسط اين نظريه¬ها به دست مي¬آيد. علاوه بر اين، مدلي جديد بر مبناي معيار چگالي انرژي كرنشي در قالب يك فرم حل بسته به منظور پيش¬بيني مقادير بار شكست تجربي ارائه شده است كه در واقع يكي ديگر از نوآوري¬هاي اين پايان¬نامه مي-باشد. در پايان نشان داده شد كه، نتايج حاصل از معيارهاي شكست تنش¬پايه¬اي مبتني بر فواصل بحراني تئوري و تجربي به ترتيب با درصد موفقيت 90 و 95 نتايج تجربي را پيش¬بيني كردند. همچنين معيارهاي بر پايه¬¬ي انرژي 6 درصد اختلاف در پيش‌بيني نتايج تجربي بار شكست داشتند. در جمع¬بندي كلي معلوم گرديد كه، معيار تنش ميانگين مبتني بر فاصله بحراني تجربي مناسب¬ترين معيار جهت ارزيابي شكست نمونه¬هاي آزمايش¬شده در اين پژوهش تجربي مي¬باشد. واژه‌هاي كليدي: شيار كليدي¬شكل، پلي¬استايرن، معيارهاي شكست ترد، بارگذاري مود تركيبي I/II، شرايط مود I منفي، نمونه¬ ديسك برزيلي

1395/11/26

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: In the present research, brittle failure in key-hole notches is investigated both experimentally an​d theoretically under mixed mode Ι/ΙΙ loading with negative mode Ι conditions. The Key-hole notched Brazilian disk (Key-BD) specimen that is specified by different geometric parameters, i.e. the notch length an​d the tip radius, an​d made of the general-purpose Polystyrene (GPPS) is utilized to conduct the fracture tests under mixed mode І/ІІ loading with negative mode І contributions. The finite element analyses revealed that four cases of loading conditions exist in the Key-BD specimen as follows: (i) pure positive mode I loading; (ii) mixed mode Ι/ΙΙ loading with positive mode I conditions; (iii) pure mode ΙΙ loading, an​d finally; (iv) mixed mode Ι/ΙΙ loading with negative mode I conditions. In fact, investigation of mixed mode loading with negative mode I condition on the new brittle material is the main purpose of this thesis. Totally, 90 fracture tests are performed at room temperature an​d the fracture loads an​d fracture initiation angles are experimentally reported for the notched BD specimens. In order to predict the experimental results theoretically, two stress-based brittle fracture models, namely the key-hole notch maximum tangential stress (Key-MTS) an​d key-hole notch mean stress (Key-MS) criteria are proposed. The critical distance for each stress-based criterion is obtained by two different approaches meaning that four types of prediction curves are obtained by these theories. Moreover, the new method based on the strain energy density criterion was presented in order to predict the values of experimental fracture load as the other novelty in this thesis. Finally it was shown that, stress-based fracture criteria with theoretical an​d experimental critical distances predicted the experimental results with 90% an​d 95% accuracies, respectively. Also, the energy-based criteria have 6% discrepancy with the experimental data. With a general comparison, it was found that, the Key-MS criterion based on the experimental critical distance is the most appropriate failure criterion to predict the fracture load of the tested specimens in this experimental research. Keywords: Key-hole notch; GPPS; Brittle fracture criteria; Mixed mode І/ІІ loading; Negative mode Ι contribution; Brazilian disk specimen