25211

به دست آوردن ضرايب بسط تنش در اجسام ترك دار و شيار دار تحت بارگذاري تركيبي خارج صفحه اي

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك- طراحي كاربردي 1

1399-1400

16/6/1400

دكتر مجيدرضا آيت اللهي

مهندسي مكانيك

در اين پايان‌‌نامه، تأثير جملات مرتبه‌‌ي بالاتر بر توزيع مؤلفه‌هاي تنش برشي خارج صفحه در اطراف جبهه‌‌ي شيار V شكل نوك‌تيز، در هر دو حالت تك ماده و دو ماده مورد بررسي قرار گرفت. براي تعيين ضرايب شدت تنش و جملات مرتبه‌‌ي بالاتر در بسط توزيع تنش، از روش تشكيل دستگاه معادلات فرامعين به كمك نتايج تحليل المان محدود قطعات استفاده شد. براي انجام اين كار دو قطعه با شرايط هندسي و بارگذاري متفاوت با چهار زاويه‌‌ي دهانه‌‌ي شيار مورد بررسي قرار گرفت. نتايج براي هر دو قطعه در هر دو حالت تك ماده و دو ماده، نشان از كم بودن سهم جملات مرتبه‌‌ي بالاتر بر توزيع تنش در بارگذاري مود سوم دارد. البته بايد توجه داشت كه در فواصل دوردست نسبت به جبهه‌ي شيار با زاويه‌‌ي دهانه‌‌ي كم بهتر است كه از جملات مرتبه‌‌ي بالاتر در بيان تنش استفاده شود. هم‌‌چنين مشابه بارگذاري داخل صفحه، با افزايش زاويه‌‌ي دهانه‌‌ي شيار تأثير جملات مرتبه‌‌ي بالاتر كمتر مي‌‌شود. قطعه‌‌ي سه بعدي ترك‌‌دار تحت بارگذاري تركيبي مود I/III نيز مورد بررسي قرار گرفت و نشان داده شد كه صرف نظر كردن از جملات مرتبه‌‌ي بالاتر در توزيع مؤلفه‌هاي تنش داخل صفحه حتي در نزديكي‌‌هاي جبهه‌‌ي ترك موجب خطاي قابل توجه خواهد شد. در حالي كه همچنان استفاده از جمله‌‌ي اول بسط سري براي مؤلفه‌هاي تنش خارج صفحه از دقت كافي برخوردار است. از طرف ديگر، بايد توجه داشت در صفحاتي غير از صفحه‌‌ي مياني، در جايي كه اثرات بعد سوم در توزيع تنش قابل توجه مي‌‌شود، استفاده از جملات مرتبه‌‌ي بالاتر در بسط توزيع تنش خارج از صفحه، نه تنها موجب بهبود تخمين تنش تحليلي نمي‌‌شود، بلكه موجب افزايش خطاي تخمين مي‌‌شود. با اين وجود، براي مؤلفه‌هاي تنش داخل صفحه، استفاده از جملات مرتبه‌‌ي بالاتر موجب بهبود تخمين تنش مي‌‌شود.

1400/06/21

Determination of series expansions coefficients of cracked and notched bodies under out-of-plane loading

9/7/2022 12:00:00 AM

In this study, the effect of the higher-order terms (HOTs) on the distribution of out-of-plane shear stress at the vicinity of the sharply V-notches front in both mono- and bi-material states was investigated. To evaluate the stress intensity factors and the HOTs coefficients in the series expansions, the finite element over-deterministic (FEOD) method was employed. To do this, two different specimens under various loading conditions, each containing four notch angles, were examined. The results for every sample in both mono- and bi-material states show that the HOTs have a small contribution to the stress distribution in the mode III loading. On the other hand, it should be noted that at far distances from notch front, it is better to use the HOts for stress characterization. Also, similar to in-plane loading, the effect of HOTs decreases by increasing the notch opening angle. Furthermore, a three-dimensional cracked part under the mixed mode of I/III loading was studied. It was demonstrated that ignoring the HOTs for expressing the distribution of in-plane stress components would cause significant errors, even near the crack front. Nevertheless, the use of the first term of the series expansion for out-of-plane shear stresses is still adequately accurate. On the contrary, it should be noted that on planes other than the mid-plane, where the effects of the third dimension on stress distribution are significant, using the HOTs of the series expansion of out-of-plane stress components not only does not improve analytical stress estimation but results in more error. However, for in-plane stress components, the use of the HOTs improves stress estimation.

شيار نوك‌تيز V شكل , شيار دو ماده , بارگذاري تركيبي خارج از صفحه , ضرايب شدت تنش و جملات مرتبه‌‌ي بالاتر , روش فرامعين

Sharp V-notches , Bi-material notches , Mixed-mode I/III , Higher-order terms , Finite element over-deterministic method