دفاعیه کارشناسی ارشد (مکانیک) بررسی شکست مواد اورتوتروپیک با استفاده از یک معیار انرژی پایه تحت بارگذاری مود ترکیبی I و II
| تاریخ ارسال: ۱۴۰۰/۶/۲۸ |
استاد راهنما: دکتر جواد اکبردوست
چکیده:
امروزه در صنایع مختلف استفاده از مواد با خواص مکانیکی گوناگون همواره مورد بحث و بررسی مهندسین مواد و مکانیک بوده است. در این راستا مواد با خواص مکانیکی متنوعی نیز کشف و یا به صورت صنعتی تولید شده اند. در بین مواد مهندسی مورد استفاده در صنعت برخی از مواد خواص مکانیکی یکسانی در تمامی راستاها از خود نشان می دهند که به آنها ایزوتروپیک گفته می شود. در مقابل برخی مواد نیز وجود دارند که خواص مکانیکی آنها در دو راستای عمود بر هم، متفاوت میباشند. به اینگونه مواد اورتوتروپیک گفته میشود. در مواد اورتوتروپیک همانند مواد ایزوتروپیک ممکن است بنا به دلایل مختلفی ترک ایجاد شود. وجود ترک در قطعه باعث ایجاد تمرکز تنش شدید شده و بارپذیری قطعه را به شدت کاهش می دهد. بنابراین بررسی شکست قطعات ترکدار همانطور که در مواد ایزوتروپیک اهمیت دارد، در مواد اورتوتروپیک نیز از جایگاه ویژهای برخوردار است. ﺑﺮای ﺗﺤﻠﯿﻞ ﺗﺮک و اﻓﺖ ﺑﺎرﭘﺬیﺮی در ﻣﮑﺎﻧﯿﮏ ﺷﮑﺴﺖ ﻣﻌﯿﺎرﻫﺎی ﻣﺘﻔﺎوتی وﺟﻮد دارد ﮐﻪ در ﺗﻤﺎﻣﯽ ﻣﻌﯿﺎرﻫﺎ ﻧﯿﺎز ﺑﻪ ﺣﻮزه‌ی ﺗﻨﺶ یﺎ ﺟﺎﺑﺠﺎیﯽ یﺎ ﮐﺮﻧﺶ اﻃﺮاف ﺗﺮک ﻣﯽﺑﺎﺷﺪ. این معیارها به دو دسته کلی تنش-پایه و انرژی-پایه تقسیم بندی می شوند. یکی از مهمترین معیارهای انرژی پایه، معیار چگالی انرژی کرنشی می باشد که این معیار قادر به پیش‌بینی رشد ترک تحت بارگذاری مرکب می‌باشد. ﺑﺮای ﻣﻮاد ایﺰوﺗروﭘﯿﮏ ﺣﻮزه‌ی ﺗﻨﺶ ﺑﻪ روشﻫﺎی ﻣﺨﺘﻠﻔﯽ ﺑﺪﺳﺖ آﻣﺪه اﺳﺖ و ﺗﻘﺮیﺒﺎ در ﺗﻤﺎﻣﯽ ایﻦ روشﻫﺎ، ﺗﻨﺶﻫﺎی اﻃﺮاف ﺗﺮک ﺑﻪ ﺻﻮرت ﺑﺴﻂ ﺳﺮی ﻧﺎﻣﺘﻨﺎﻫﯽ ﺑﯿﺎن ﺷﺪه اﻧﺪ و معیارهای شکست مواد ایزوتروپیک موضوع تحقیق بسیاری از مقالات بوده است. در ﺗﺤﻘﯿﻘﺎت ﮔﺬﺷﺘﻪ ﻣﺮﺑﻮط ﺑﻪ ﻣﻮاد ایﺰوﺗروﭘﯿﮏ، ﺑﯿﺸﺘﺮیﻦ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﺟﻤﻼت اول و دوم ﺑﺴﻂ ﺳﺮی ﺑﻮده و از ﺟﻤﻼت ﻣﺮﺗﺒﻪ ﺑﺎﻻﺗﺮ که نشاندهنده دقت تنش در نقاط دورتر از نوک ترک می باشد، ﺻﺮف ﻧﻈﺮ ﻣﯽﺷﺪ. ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ایﻦ ﻧﮑﺘﻪ در ﻣﻮاد اورﺗﻮﺗﺮوﭘﯿﮏ ﻧﯿﺰ ﺗﻨﻬﺎ ﺟﻤﻠﻪی اول از ﺗﻨﺶ ﻣﻮرد ﺗﻮﺟﻪ ﻗﺮار ﻣﯽﮔﺮﻓﺘﻪ و ﺗﺤﻘﯿﻘﺎت ﭼﻨﺪاﻧﯽ ﺑﺮای ﻣﺤﺎﺳﺒﻪی ﻓﺮم ﺟﻤﻼت ﻣﺮﺗﺒﻪ ﺑﺎﻻﺗﺮ ﺻﻮرت ﻧﮕﺮﻓﺘﻪ اﺳﺖ. لذا ﻫﺪف اﺻﻠﯽ ایﻦ ﭘﮋوﻫﺶ بدست آوردن معیار جدیدی بر پایه روش چگالی انرژی کرنشی با درنظرگرفتن جملات مرتبه بالاتر تنش برای مواد اورﺗﻮﺗﺮوﭘﯿﮏ ﻣﯽﺑﺎﺷﺪ. در این راستا ضریب چگالی انرژی کرنشی با استفاده از ترمهای اول، دوم و سوم بسط سری تنش همچنین با استفاده از روش المان محدود برای نمونه های استخوانی با زاویه ترک های مختلف تحت مودهای ترکیبی I و II بدست آمد. سپس نتایج بدست آمده با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شد. نتایج بدست آمده به ما نشان داد که با افزایش ترمهای بسط سری تنش، به نتایج آزمایشگاهی نزدیکتر می شویم.
امروزه در صنایع مختلف استفاده از مواد با خواص مکانیکی گوناگون همواره مورد بحث و بررسی مهندسین مواد و مکانیک بوده است. در این راستا مواد با خواص مکانیکی متنوعی نیز کشف و یا به صورت صنعتی تولید شده اند. در بین مواد مهندسی مورد استفاده در صنعت برخی از مواد خواص مکانیکی یکسانی در تمامی راستاها از خود نشان می دهند که به آنها ایزوتروپیک گفته می شود. در مقابل برخی مواد نیز وجود دارند که خواص مکانیکی آنها در دو راستای عمود بر هم، متفاوت میباشند. به اینگونه مواد اورتوتروپیک گفته میشود. در مواد اورتوتروپیک همانند مواد ایزوتروپیک ممکن است بنا به دلایل مختلفی ترک ایجاد شود. وجود ترک در قطعه باعث ایجاد تمرکز تنش شدید شده و بارپذیری قطعه را به شدت کاهش می دهد. بنابراین بررسی شکست قطعات ترکدار همانطور که در مواد ایزوتروپیک اهمیت دارد، در مواد اورتوتروپیک نیز از جایگاه ویژهای برخوردار است. ﺑﺮای ﺗﺤﻠﯿﻞ ﺗﺮک و اﻓﺖ ﺑﺎرﭘﺬیﺮی در ﻣﮑﺎﻧﯿﮏ ﺷﮑﺴﺖ ﻣﻌﯿﺎرﻫﺎی ﻣﺘﻔﺎوتی وﺟﻮد دارد ﮐﻪ در ﺗﻤﺎﻣﯽ ﻣﻌﯿﺎرﻫﺎ ﻧﯿﺎز ﺑﻪ ﺣﻮزه‌ی ﺗﻨﺶ یﺎ ﺟﺎﺑﺠﺎیﯽ یﺎ ﮐﺮﻧﺶ اﻃﺮاف ﺗﺮک ﻣﯽﺑﺎﺷﺪ. این معیارها به دو دسته کلی تنش-پایه و انرژی-پایه تقسیم بندی می شوند. یکی از مهمترین معیارهای انرژی پایه، معیار چگالی انرژی کرنشی می باشد که این معیار قادر به پیش‌بینی رشد ترک تحت بارگذاری مرکب می‌باشد. ﺑﺮای ﻣﻮاد ایﺰوﺗروﭘﯿﮏ ﺣﻮزه‌ی ﺗﻨﺶ ﺑﻪ روشﻫﺎی ﻣﺨﺘﻠﻔﯽ ﺑﺪﺳﺖ آﻣﺪه اﺳﺖ و ﺗﻘﺮیﺒﺎ در ﺗﻤﺎﻣﯽ ایﻦ روشﻫﺎ، ﺗﻨﺶﻫﺎی اﻃﺮاف ﺗﺮک ﺑﻪ ﺻﻮرت ﺑﺴﻂ ﺳﺮی ﻧﺎﻣﺘﻨﺎﻫﯽ ﺑﯿﺎن ﺷﺪه اﻧﺪ و معیارهای شکست مواد ایزوتروپیک موضوع تحقیق بسیاری از مقالات بوده است. در ﺗﺤﻘﯿﻘﺎت ﮔﺬﺷﺘﻪ ﻣﺮﺑﻮط ﺑﻪ ﻣﻮاد ایﺰوﺗروﭘﯿﮏ، ﺑﯿﺸﺘﺮیﻦ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﺟﻤﻼت اول و دوم ﺑﺴﻂ ﺳﺮی ﺑﻮده و از ﺟﻤﻼت ﻣﺮﺗﺒﻪ ﺑﺎﻻﺗﺮ که نشاندهنده دقت تنش در نقاط دورتر از نوک ترک می باشد، ﺻﺮف ﻧﻈﺮ ﻣﯽﺷﺪ. ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ایﻦ ﻧﮑﺘﻪ در ﻣﻮاد اورﺗﻮﺗﺮوﭘﯿﮏ ﻧﯿﺰ ﺗﻨﻬﺎ ﺟﻤﻠﻪی اول از ﺗﻨﺶ ﻣﻮرد ﺗﻮﺟﻪ ﻗﺮار ﻣﯽﮔﺮﻓﺘﻪ و ﺗﺤﻘﯿﻘﺎت ﭼﻨﺪاﻧﯽ ﺑﺮای ﻣﺤﺎﺳﺒﻪی ﻓﺮم ﺟﻤﻼت ﻣﺮﺗﺒﻪ ﺑﺎﻻﺗﺮ ﺻﻮرت ﻧﮕﺮﻓﺘﻪ اﺳﺖ. لذا ﻫﺪف اﺻﻠﯽ ایﻦ ﭘﮋوﻫﺶ بدست آوردن معیار جدیدی بر پایه روش چگالی انرژی کرنشی با درنظرگرفتن جملات مرتبه بالاتر تنش برای مواد اورﺗﻮﺗﺮوﭘﯿﮏ ﻣﯽﺑﺎﺷﺪ. در این راستا ضریب چگالی انرژی کرنشی با استفاده از ترمهای اول، دوم و سوم بسط سری تنش همچنین با استفاده از روش المان محدود برای نمونه های استخوانی با زاویه ترک های مختلف تحت مودهای ترکیبی I و II بدست آمد. سپس نتایج بدست آمده با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شد. نتایج بدست آمده به ما نشان داد که با افزایش ترمهای بسط سری تنش، به نتایج آزمایشگاهی نزدیکتر می شویم.
دانشجو: آقای حسین علی محمدی
زمان: دوشنبه ۲۹ شهریور ماه ۱۴۰۰ ساعت: ۱۷:۰۰
مطالب مشابه
دفعات مشاهده: ۱۰۶۶ بار |
دفعات چاپ: ۲۲۴ بار |
دفعات ارسال به دیگران: ۰ بار |
۰ نظر
