شماره ركورد
34665
پديد آورنده
اميرعباس سيروس
عنوان
تحليل چقرمگي شكست مود I نمونههاي پليمري چاپ سهبعدي حاوي شيار V شكل با نوك گرد
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك- طراحي كاربردي ـ مكانيك جامدات
سال تحصيل
1402
تاريخ دفاع
1404/12/23
استاد راهنما
مجيدرضا آيتاللهي
استاد مشاور
عليرضا ترابي
دانشكده
دانشكده مهندسي مكانيك
چكيده
در اين پژوهش، براي نخستين بار كاربرد مفهوم ماده مجازي همسانگرد (VIMC) براي پيشبيني شكست قطعات پليمري از جنس ABS توليدشده به روش مدلسازي رسوب ذوبي (FDM) با لايهچيني شبههمسانگرد 0°/90°/45°/45-° ارزيابي شده است. براي اين منظور، نمونههايي با پنج هندسه متفاوت شامل ديسك برزيلي (BD)، نيمدايره تحت خمش (SCB)، خمش سهنقطهاي (TPB)، نمونه با شيار در دو لبه تحت كشش (DENT) و صفحه مربعي تحت بارگذاري مورب (DLSP)، هر يك داراي شيار V شكل با نوكگرد و سه شعاع متفاوت، تحت بارگذاري مود I آزمايش شدند. بار شكست تجربي اين نمونهها با پيشبينيهاي چهار رويكرد تئوري شامل معيارهاي بيشينه تنش مماسي (MTS)، تنش ميانگين (MS)، چگالي ميانگين انرژي كرنشي (ASED) و روش اجزاي محدود توسعهيافته (XFEM) مقايسه شد. نتايج نشان داد كه لايهچيني شبههمسانگرد در مقياس ماكروسكوپي، رفتاري همانند يك ماده همسانگرد داشته و فرض اصلي چارچوب VIMC را در عمل برآورده ميكند كه براي اولين بار بهصورت تجربي تأييد شد. اين امر در تكرارپذيري بالاي نتايج آزمون و رشد مستقيم ترك عمود بر جهت بارگذاري در تمامي نمونهها، بدون هيچگونه انحراف از مسير، مشهود بود. همچنين مشاهده شد كه چقرمگي شكست شيار با افزايش شعاع در تمامي هندسهها بهصورت يكنواخت افزايش مييابد، هرچند دامنه اين افزايش به دليل فواصل بحراني بزرگ ماده محدود است. مقايسه جامع چهار روش MTS، MS، ASED و XFEM در تركيب با مفهوم VIMC انجام شد و رتبهبندي آنها از نظر دقت و محافظهكارانه بودن ارائه گرديد. معيار تنش ميانگين بهترين دقت ميانگين را از خود نشان داد، اما در برخي هندسهها تمايل به بيشبرآورد نيز داشت. درحالي كه ساير معيارهاي اشاره شده، رفتار محافظهكارانهتري داشتند. با بررسي هدفمند پنج هندسه متفاوت، نشان داده شد كه فراتر از نوع معيار، هندسه نمونه تأثير بسيار بزرگتري بر دقت پيشبيني دارد و واگرايي ميدان تنش واقعي از حل تحليلي در فواصل دور از نوك شيار بهعنوان عامل اصلي خطا در معيارهاي تنشپايه شناسايي شد. بررسي ميكروسكوپ الكتروني روبشي نيز وجود مكانيزمهاي متمايز شكست در هر جهت چاپ را تأييد كرد كه مجموعاً رفتار شكست ماكروسكوپي قطعه را تعيين ميكنند.
تاريخ ورود اطلاعات
1405/01/28
عنوان به انگليسي
Mode I Fracture Toughness Analysis of 3D-Printed Polymeric Specimens Containing Rounded-Tip V-Shaped Notches
تاريخ بهره برداري
3/14/2027 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
اميرعباس سيروس
چكيده به لاتين
In this study, the applicability of the virtual isotropic material concept (VIMC) for predicting the fracture of ABS polymer components fabricated via fused deposition modeling (FDM) with a quasi-isotropic layup sequence of 0°/90°/45°/-45° is evaluated for the first time. To this end, specimens with five distinct geometries, namely the brazilian disk (BD), semi-circular bend (SCB), three-point bending (TPB), double-edge notched tension (DENT), and diagonally loaded square plate (DLSP), each containing a blunt V-shaped notch with three different notch tip radii, were tested under mode I loading. The experimentally obtained fracture loads were then compared against the predictions of four theoretical approaches including the maximum tangential stress (MTS), the mean stress (MS), the averaged strain energy density (ASED) criterion, and the extended finite element method (XFEM). The results demonstrated that the quasi-isotropic layup effectively exhibits isotropic-like behavior at the macroscopic scale, thereby satisfying the fundamental assumption underlying the VIMC framework, a finding that was experimentally confirmed here for the first time. This was evidenced by the high repeatability of the test results and the consistently straight crack propagation perpendicular to the loading direction across all specimens, with no observable deviation from the expected path. Furthermore, the notch fracture toughness was found to increase monotonically with increasing notch tip radius across all geometries, although the extent of this increase remained limited due to the relatively large critical distances inherent to the material. A comprehensive comparison of the four methods of MTS, MS, ASED, and XFEM within the VIMC framework was conducted, and the methods were ranked in terms of both accuracy and degree of conservatism. The MS criterion yielded the highest overall average accuracy. However, it exhibited a tendency toward over-prediction in certain geometries, whereas the remaining criteria displayed more conservative behavior. Through a targeted investigation across the five different geometries, it was shown that specimen geometry exerts a considerably greater influence on prediction accuracy than the choice of fracture criterion itself. The divergence of the actual stress field from the analytical solution at distances far from the notch tip was identified as the primary source of error in the stress-based criteria. Additionally, scanning electron microscopy (SEM) analysis confirmed the presence of distinct fracture mechanisms along each printing direction, which collectively govern the macroscopic fracture behavior of the component.
كليدواژه هاي فارسي
مدلسازي رسوب ذوبي , لايهچيني شبههمسانگرد , مفهوم ماده مجازي همسانگرد , چقرمگي شكست شيار , شيار V شكل نوكگرد
كليدواژه هاي لاتين
Fused deposition modeling , quasi-isotropic layup , Virtual isotropic material concept , Notch fracture toughness , Round V-shaped notch
Author
Amirabbas Sirous
SuperVisor
Dr. Ayatollahi