31301

مطالعه تجربي و عددي اثر تغييرات ابعاد و هندسه نمونه بر شكست مواد هايپرالاستيك تحت بارگذاري مود يك

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك- طراحي كاربردي- جامدات

1401

1403/06/26

مجيدرضا آيت اللهي

مهدي حيدري ميبدي

مهندسي مكانيك

وجود ترك مي‌تواند سبب ضعف در ساختار ماده شده و صدمات جبران‌ناپذيري را به بار آورد. تغيير اندازه و هندسه نمونه‌ها تأثير بسزايي بر خواص مكانيك شكست مواد مي‌گذارد. تحقيقات بسياري در زمينه تأثير تغيير اندازه يا تغيير هندسه نمونه‌ها بر چقرمگي شكست مواد ترد انجام شده است. بررسي اين اثرات در طراحي و بهينه‌سازي مواد و قطعات، به ويژه در كاربردهاي صنعتي اهميت ويژه‌اي دارد. در پژوهش حاضر، تأثير تغيير اندازه و هندسه نمونه‌هاي لاستيك مانند بر انتگرال-J در مود I بارگذاري براي هندسه مستطيلي ترك‌دار تك‌لبه و دو هندسه جديد مستطيلي شامل تك‌لبه انحنادار با ترك و دو لبه انحنادار با ترك مورد بررسي قرار گرفت. انتگرال-J با استفاده از آزمون‌هاي تجربي و مدل‌سازي اجزاي محدود مورد محاسبه قرار گرفت. نتايج اين پژوهش نشان مي‌دهد كه تغيير اندازه و هندسه نمونه بر انتگرال-J تأثير مي‌گذارد. تأثير تغييرات اندازه در كم‌ترين و بيش‌ترين مقدار به ترتيب از 4/05 درصد تا 33/91 درصد است. تأثير تغيير هندسه در كم‌ترين مقدار 1/66 درصد و در بيش‌ترين مقدار 44/02 درصد بوده است. انرژي پارگي نيز در هندسه مستطيلي ترك‌دار تك‌لبه به صورت تجربي محاسبه و با انتگرال-J مقايسه گرديد. نتايج بدست آمده تطابق خوبي بين انرژي پارگي و انتگرال-J نشان دادند. شايان ذكر است در مطالعه حاضر جابجايي بحراني (جابجايي فك دستگاه كشش در لحظه شروع رشد ترك) در نمونه چهارم با توجه به داده‌هاي تجربي بدست آمده از سه نمونه مشابه با اندازه‌هاي متفاوت پيش‌بيني شده است. همچنين، جابجايي بحراني هندسه مستطيلي دو لبه انحنادار با ترك نيز از هندسه مستطيلي تك‌لبه انحنادار با ترك پيش‌بيني گرديد. نتايج تجربي و پيش‌بيني‌شده مطابقت خوبي با يكديگر داشتند.

1403/07/16

Experimental and numerical study of the effect of changes in dimensions and geometry on the fracture test specimen of hyperelastic materials under Mode I loading

9/17/2025 12:00:00 AM

Crack is known as a stress concentration point in the material. Fracture properties of a sample can change with its size and geometry. Many researches have studied the effect of changing the size or the geometry of the samples on the fracture toughness of brittle materials. Investigating these effects in the design and optimization of materials and parts, especially in the industrial applications, is of particular importance. In the present study, the effect of changing the sample size and its geometry on the J-integral in the mode-I loading is investigated for the Single-Edge Cracked rectangular geometry (SEC) and two new geometries, namely Curved Single-Edge Crack (CSEC) and Double Curved Single-Edge Crack (DCSEC) samples. Also, using statistical methods, the critical displacement of a sample is predicted from other samples. In addition, J-integral is calculated using experimental data and Finite Element Modeling (FEM). It has been shown that changing the sample size and geometry affects the J-integral. The effect of size changes on the J-integral value in the lowest and greatest states from 4.05% to 33.91%, respectively. The effect of changing the geometry on the J-integral value is 1.66% at the least and 44.02% at the highest, respectively. Furthermore, the tearing energy value was also calculated experimentally and compared with the J-integral value. The obtained data show a good agreement between the tearing energy and the J-integral. It is worth mentioning that the critical displacement of the fourth sample is predicted in the current study according to the experimental data obtained from three other similar samples with different sizes. In addition, the critical displacement of the DCSEC geometry is predicted from the CSEC geometry. The experimental and predicted results are in good agreement.

اثر اندازه، اثر هندسه، انتگرال-J، مدل‌سازي اجزاي محدود، ماده هايپرالاستيك

Size effect; Geometry effect; J-integral; Finite element modeling; Hyperelastic material

mahdi rezanejad

majid reza ayatollahi