ضرایب شدت تنش و مسیر انتشار ترک تحت شرایط مد مرکب

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی سازه، دانشکده عمران، دانشگاه آزاد اسلامی، قزوین، ایران

2 استاد، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

چکیده

استفاده از قوانین انتشار ترک بر اساس ضرایب شدت تنش جزء پرکاربردترین روشهای مهندسی مکانیک شکست است. مشخصه ضرایب شدت تنش به عنوان پارامترهای مهم در تجزیه و تحلیل شکست است. در تجزیه و تحلیل شکست الاستیک، ضرایب شدت تنش به میزان تنش نزدیک به نوک ترک و ارائه اطلاعات اساسی در مورد نحوه انتشار ترک را مشخص می کند. زمانی که بار گذاری و یا هندسه یک سازه حول ترک متقارن نباشد، پارگی در حالت مرکب از بارگذاری رخ می دهد، و ترک در یک خط مستقیم منتشر نمی شود. پس برای تعیین جهت جدیدی از انتشار ترک استفاده از معیارهای زاویه پیچ خوردگی لازم است. هدف از این کار ارائه مدل عددی از انتشار ترک تحت شرایط مرکب از حالت بارگذاری است. در هر ترک میزان افزایش طول، زاویه پیچ خوردگی به عنوان یک تابع از عوامل شدت تنش ارزیابی شده است. این پژوهش با هدف تعیین ضرایب شدت تنش برای مسئله انتشار ترک و تعیین مسیر رشد آن تحت آنالیز شکست الاستیک خطی است. محور اصلی این پژوهش بررسی چگونگی رشد و انتشار ترک در یک صفحه تحت بارگذاری کششی و شرایط مد مرکب می باشد. برنامه المان محدود ANSYS و برنامه رشد ترک FRANC3D برای شبیه سازی رشد ترک و برای محاسبه تنش و ضرایب شدت تنش مورد استفاده قرار می گیرد. با بررسی نتایج حاصل مشاهده شد، مسیر رشد ترک از امتداد اولیه 45 درجه و همچنین ضرایب شدت تنش بدست آمده از تحلیل با نتایج حاصل از روش تجربی، توافق خوبی دارند که دقت و صحت روش استفاده شده در این تحقیق را نشان می دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Stress intensity factors and crack propagation path under mixed mode conditions

نویسندگان [English]

  • Ramin Faridvand 1
  • Mohammad Taghi Kazemi 2
1 MSc student, Civil Engineering Department, Islamic Azad University of Qazvin, Qazvin, Iran
2 Professor, Department of Civil Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Use of crack propagation principles based on SIFs (stress intensity factors) is among the most common methods of fracture mechanic engineering. SIF is an important parameter in fracture analysis. In analyzing elastic fracture, SIF reveals the stress near the crack tip and substantial information about crack propagation. When loading or geometry of a structure is not symmetrical around a crack, rupture occurs with combined loading and the crack does not propagate on a straight line. Therefore, to determine the new direction of facture propagation use of twist angle criteria is necessary. The objective of this research was to propose a numerical model of crack propagation under combined loading conditions. In each crack with increased length the twist angle is assessed as a function of SIFs. This research aimed to determine SIFs for the crack propagation problem and to determine the crack development path through linear elastic fracture analysis. This study was primarily based on examination of the propagation and development of cracks on a plane under tensile loading and combined mode loading conditions. The ANSYS finite element software and FRANC3D crack propagation software were used to simulate crack propagation and to calculate the stress and SIFs

کلیدواژه‌ها [English]

  • Stress intensity factors
  • Mixed mode
  • Crack propagation
  • Linear analysis
  • Fracture mechanics

[1] Journet, B., Ohrloff, N., Pavlou, D., Pantelakis, S., Scra, L., Poole, D., Smart, J. (1993). Investigation on Al-Li Alloys for Damage Tolerant Applications. B/E3250 project, task 4 (Flight Simulation), Final Report DCR/M-60365/F-93, AEROSPATIALE, Suresnes.

[2] Pavlou, D.G. (2000). Prediction of fatigue crack growth under real stress histories, Engineering Structures, vol. 22, no. 12, p. 1707-1713, DOI:10.1016/S0141- 0296(99)00069-3.

[3] Paris, P.C., Erdogan, F. (1963). A critical analysis of crack propagation Laws. Transaction ASME, Journal of Basic Engineering, vol. 85, no. 4, p. 528-533 ,DOI:10.1115/1.3656900.

[4] Erdogan, F., Sih, G.C. (1963). On the crack extension in plates under plane loading and transverse shear. Transaction ASME, Journal of Basic Engineering, vol.85, p. 519-525, DOI:10.1115/1.3656897.

[5] Petrašinović, D., Boško, R., Petrašinovic, N. (2012). Extended finite element method (XFEM) applied to aircraft duralumin spar fatigue life estimation. Tehnički vjesnik – Technical Gazzete, vol. 19, no. 3, p. 557-562.

[6] Marija Blažiæ – Stevan Maksimoviæ – Zlatko Petroviæ – Ivana Vasoviæ – Dragana Turniæ-Determination of Fatigue Crack Growth Trajectory and Residual Life under Mixed Modes-Strojniški vestnik - Journal of Mechanical Engineering 60(2014)4, 250-254.

]7[ محمد رضا اصفهانی،١٣٨٦, مکانیک شکست بتن، ناشر: دانشگاه صنعتی امیرکبیرنویسنده، ویرایش اول, چاپ اول.

]8[  رحمت‌ا... قاجار ، مکانیک شکست و خستگی،1388، انتشارات: دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی.

]9[  اس ا مگید،1387، مکانیک شکست ، مترجم دکتر غلامحسین فرهی، ناشر : دانشگاه بو علی سینا، ویرایش اول, چاپ سوم.

]10[ احسان سوایی،1390،آنالیز مکانیک جامدات با انسیس 12 ،انتشارات نشر سیمرغ.