26702

بررسي تاثير هندسه بر رفتار شكست مواد ترد و نرم تحت بارگذاري مود تركيبي كششي-برشي خارج از صفحه

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك- طراحي كاربردي

1398

1401/2/28

هادي خرمي شاد - محمدرضا محمدعليها

مهندسي مكانيك

براساس تحقيقات صورت گرفته مشخص شده است كه، رفتار شكست اجسام ترك‌دار، تنها با ترم اول سري ويليامز قابل بررسي نيست. در نتيجه براي مطالعه دقيق تر، ترم هاي بالاتر سري ويليامز حائز اهميت زيادي هستند كه در ميان‌ آنها ترم دوم يا تنش-T از اهميت بسياري برخوردار است. صرف‌ نظر كردن از ترم ثابت T كه تحت تاثير هندسه نمونه و نحوه‌ي بارگذاري مي‌باشد، مي‌تواند خطا در مطالعه رفتار شكست قطعات ايجاد كند. با توجه به اين نكته، در اين تحقيق به منظور بررسي و مطالعه تاثير هندسه نمونه بر رفتار شكست مواد، از هفت نمونه متفاوت (ENDB، ENDC، DNDC، SCB، TPB-IC، SENB و ATPB) ساخته شده از جنس سنگ گوهره خرم آباد براي قسمت مواد با خواص ترد، و سه هندسه متفاوت (ENDB، SCB و TPB-IC) ساخته شده از جنس ABS براي قسمت مواد با خواص نرم، استفاده شده است. تمامي اين نمونه ها تحت بارگذاري‌هاي متفاوتي از مود تركيبي كششي-برشي خارج از صفحه آزمايش شده و تمامي حالت هاي مختلف بارگذاري براي تمامي نمونه ها، در نرم افزار ABAQUS شبيه سازي شده است. اختلاف قابل توجهي در نتايج بدست آمده براي چقرمگي شكست نمونه ها در تركيب مود‌هاي I و III مشاهده مي‌شود كه به خاطر تفاوت در هندسه و نحوه‌ي بارگذاري مي‌باشد. براي نمونه، مشاهده مي‌شود كه بيشترين ضريب شدت تنش بدست آمده در مود-I خالص، براي نمونه هاي TPB-IC و SENB مي‌باشد و كمترين ضريب شدت تنش بدست آمده براي مود-I خالص، در نمونه DNDC مي‌باشد كه اختلاف بيست و پنج درصدي نسبت به هم دارند. مشاهده مي‌شود كه علاوه بر اينكه در هر نمونه آزمايش، تنش-T بدست آمده به دليل تفاوت در هندسه و نحوه‌ي بارگذاري متفاوت بدست مي‌آيد، در هر اختلاط مود هاي شكست (Me) هم تنش-T متفاوت مي‌باشد. علاوه بر اين، تنش-T مثبت در نمونه هاي آزمايش شده، چقرمگي شكست تركيب مود I/III را افزايش مي‌دهد و برعكس علامت منفي تنش-T، چقرمگي شكست تركيب مود I/III را كاهش مي‌دهد. علاوه بر اين، براي تمامي هندسه‌ ها و مود هاي آزمايش شده، كار شكست و كار شكست واحد سطح شكست نمونه هاي مختلف محاسبه و تاثير هندسه هاي مختلف بر نتايج بدست آمده مورد بررسي قرار گرفته است.

1401/04/13

Investigation of the effect of geometry on the fracture behavior of brittle and ductile materials under tensile-out of plane shear combined loading modes

5/18/2023 12:00:00 AM

Based on the Research, the fracture behavior of cracked materials cannot be studied only with the first terms of the Williams series. Consequently, for a more detailed study, the higher terms of the Williams series will be necessary, among which the second term or T-stress is of great importance. Ignoring the T term, which geometry and loading pattern affect, can lead to errors in the study of component fracture behavior. According to this point, this study investigated the effect of sample geometry on material fracture behavior from seven different samples (ENDB, ENDC, DNDC, SCB, TPB-IC, SENB, and ATPB) made of Khorram Abad stone is used for brittle fracture. Three different geometries (ENDB, SCB, and TPB-IC) made of ABS are used for ductile fracture. These specimens were tested under different tensile-out of plane shear combined loading modes, and all the different load modes for all specimens were simulated in ABAQUS software. There is a significant difference in the results obtained for the fracture toughness of the samples in the mixed-mode I/III, which is due to differences in geometry and loading method. For example, it is observed that the highest stress intensity factor obtained in pure mode-I is for TPB-IC and SENB samples. The lowest is in the DNDC sample, with a difference of twenty-five percent Relative to each other. The T-stress obtained in each sample is different due to differences in geometry and loading patterns. The T-stress is also different in each mixing of fracture modes (Me). In addition, positive T- stress in the tested samples increases the mixed-mode I/III fracture toughness. Conversely, the negative T-stress sign decreases the mixed-mode I/III fracture toughness. For all geometries and tested modes, the fracture work and the fracture work of the fracture surface unit of different samples have been calculated, and the effect of different geometries on the results has been investigated.

تنش-T , چقرمگي شكست , مواد ترد و نرم , تركيب مود I/III , اثر هندسه

T-stress , Fracture toughness , Brittle and ductile materials , Mixed-mode I/III , geometry effect

Amir Moosavi

Dr. Hadi Khorami Shad