شماره ركورد
33583
پديد آورنده
مهيا آقابيگي
عنوان
بررسي اثر اندازه و هندسه بر روي شكست مواد شبهترد با استفاده از معيار انرژي
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك
سال تحصيل
1399
تاريخ دفاع
1404/05/07
استاد راهنما
دكتر مجيدرضا آيت اللهي
استاد مشاور
دكتر جواد اكبردوست
دانشكده
مهندسي مكانيك
چكيده
مطالعات نشان داده است كه در مواد شبهترد، اندازه و هندسه نمونههاي آزمايشگاهي تأثير چشمگيري بر رفتار شكست دارند. اين مشاهدات عمدتاً ناشي از تشكيل ناحيه فرآوري آسيب در نوك ترك است كه تحليل رفتار شكست را با چالشهايي همراه ميكند. براي رفع اين چالشها، معيارهاي مختلفي پيشنهاد شدهاند كه عمدتاً به مود I بارگذاري محدود ميشوند و معيارهايي كه بتوانند اثرات اندازه و هندسه را در شرايط بارگذاري مود مركب (I/II) بهطور كامل تحليل كنند، به ندرت بررسي شده است. از جمله اين معيارها، معيار بيشينه تنش محيطي اصلاحشده است كه با وجود دقت بالا، به دليل نياز به محاسبات پيچيده براي تعيين ترمهاي مرتبه بالاتر، استفاده از آن دشوار است.
در اين رساله، با هدف سادهسازي روند محاسبات و افزايش دقت، معيارهاي مكانيك شكست الاستيك خطي شامل معيار چگالي انرژي كرنشي تعميميافته (GSED) و معيار چگالي انرژي كرنشي متوسط تعميميافته (GASED) به منظور بررسي رفتار شكست مواد شبهترد تحت شرايط بارگذاري مود مركب (I/II) مد نظر قرار گرفتند؛ چراكه معيارهاي مبتني بر انرژي با استفاده از پارامترهاي متداول حوزة تنش (ضرايب شدت تنش و ترم تنش T)، حتي در حالت بارگذاري مود I خالص، امكان تحليل رفتار شكست را بدون نياز به محاسبات پيچيده براي تعيين ترمهاي مرتبه بالاتر فراهم ميكنند و از سوي ديگر به واسطه لحاظ كردن اثرات همزمان تنش و كرنش داراي دقت بالاتري مي باشند. همچنين، معيار بيشينه كرنش محيطي تعميميافته (GMTSN) نيز با توجه به استفاده از پارامترهاي متداول حوزه تنش حتي در حالت بارگذاري مود I خالص، در اين رساله مورد توجه قرار گرفته است.
در راستاي اين هدف، معيارهاي جديدي بر اساس معيارهاي GSED، GMTSN و GASED كه به ترتيب معيارهاي MSED، MMTSN و MASED نام گرفتند، براي بررسي رفتار شكست مواد شبه ترد با در نظر گرفتن اثرات اندازه و هندسه ارائه شدند. در توسعه معيارهاي پيشنهادي، نحوه محاسبة فاصله بحراني و ارتباط آن با ابعاد نمونه بسيار حائز اهميت مي باشد كه در اين رساله مورد بحث و بررسي قرار گرفته است. سپس، معيارهاي پيشنهادي با استفاده از دادههاي آزمايشگاهي گزارششده در مطالعات پيشين و نتايج آزمايشگاهي بهدستآمده در اين رساله مورد ارزيابي قرار مي گيرند كه تطابق خوبي را بين پيشبينيهاي تئوري و دادههاي آزمايشگاهي نشان ميدهند.
در نهايت، اين رساله توانست معيارهايي دقيق با رويكردي آسان براي تحليل رفتار شكست مواد شبهترد در شرايط بارگذاري مود مركب (I/II) ارائه دهد كه ميتوانند بهعنوان ابزاري كارآمد براي پيشبيني رفتار شكست مواد شبهترد در اندازه و هندسههاي مختلف مورد استفاده قرار گيرند.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/06/04
عنوان به انگليسي
Size and geometry effects on the fracture of quasi-brittle materials using an Energy-Based criterion
تاريخ بهره برداري
7/29/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
مهيا آقابيگي
چكيده به لاتين
Studies have shown that in quasi-brittle materials, the size and geometry of specimens significantly affect the fracture behavior. These observations are primarily attributed to the formation of a fracture process zone around the crack tip, which poses substantial challenges in understanding the fracture behavior of these materials. While various criteria have been proposed to overcome these challenges, most focus exclusively on mode I loading. In contrast, few criteria have been developed to analyze the effects of size and geometry under mixed-mode (I/II) loading. One such criterion is the modified maximum tangential stress criterion (MMTS). Although this criterion is considered accurate, its practical application is limited by the complex calculations required to determine the coefficients of higher-order terms.
This study aims to develop new criteria based on linear elastic fracture mechanics (LEFM), including the generalized strain energy density (GSED) and the generalized average strain energy density (GASED) criteria, to simplify the calculation process and improve accuracy in examining the fracture behavior of quasi-brittle materials under mixed-mode (I/II) loading. A key advantage of the mentioned criteria is their ability to utilize standard stress field parameters, such as stress intensity factors and the T-stress term, even under pure mode I loading. This capability facilitates the analysis of fracture behavior by eliminating the need for complex calculations to determine the coefficients of higher-order terms. On the other hand, the accuracy of the analysis could be enhanced by considering both stress and strain effects simultaneously through these energy-based criteria. This thesis also examines the generalized maximum tangential strain (GMTSN) criterion, which has the same conditions and utilizes standard stress field parameters even under pure mode I loading.
To do this, new criteria, referred to as the modified strain energy density (MSED), modified maximum tangential strain (MMTSN) criterion, and the modified averaged strain energy density (MASED) criterion, are proposed to predict the fracture behavior of quasi-brittle materials while considering the size and geometry effects. The primary step in developing these criteria involves calculating the critical distance and its variation versus the specimen size, which is thoroughly examined in this thesis. The proposed criteria are then evaluated using both experimental data from previous studies and the experimental results obtained in this thesis, demonstrating a good agreement between theoretical predictions and experimental data.
Finally, it can be said that this research develops accurate and straightforward criteria for analyzing the fracture behavior of quasi-brittle materials under mixed-mode (I/II) loading, which can be valuable tools for predicting size and geometry effects.
كليدواژه هاي فارسي
رفتار شكست , مواد شبه ترد , اثرات اندازه و هندسه , معيارهاي MSED، MASED و MMTSN
كليدواژه هاي لاتين
Fracture Behavior , Quasi-Brittle Materials , Size and Geometry Effects , MSED, MMTSN and MASED Criteria
Author
Mahya Aghabeigi
SuperVisor
Dr. Majid Reza Ayatollahi