بررسي تأثير هندسه قطعه بر رفتار شكست و خستگي قطعات ترك¬دار با استفاده از روش انرژي

دكتري

در اين رساله، مدل¬هاي شكست مود تركيبي بر پايه انرژي كرنشي تعميم داده شده و براي پيش بيني چقرمگي شكست مواد ترد و شبه ترد استفاده شده است. اين مدل¬هاي شكست تعميم يافته شامل معيارهاي حداقل چگالي انرژي كرنشي و حداقل چگالي انرژي كرنشي متوسط مي¬باشد. اين معيار¬ها از سه پارامتر مربوط به ترك، شامل ترم¬هاي ضريب شدت تنش مود I و مود II و ترم تنش T تشكيل شده¬اند. هدف اصلي اين پايان¬نامه نشان دادن تأثير ترم تنش T بر روي ضريب شدت تنش مود I بحراني، مسير رشد ترك در مود I و همچنين چقرمگي شكست مود تركيبي I/II مواد ترد با استفاده از اين معيارهاي بر پايه انرژي مي¬باشد. همچنين با استفاده از اين معيارهاي تعميم يافته، نرخ رشد ترك و عمر قطعات ترك-دار در بارگذاري خستگي بررسي شده و تأثير هندسه قطعه روي آن¬ها پيش¬بيني شده است. ضريب شدت تنش مود I بحراني بدست آمده از آزمايش¬هاي شكست بر روي يك قطعه آزمايشگاهي اغلب به عنوان چقرمگي شكست در نظر گرفته مي¬شود. در حالي كه با تغيير هندسه قطعه، مقدار مقاومت ماده در برابر شكست در مود I بارگذاري تغيير مي¬كند. به طور مثال در ماده PMMA اين مقدار بين 0.7 MPa.m0.5 تا 1.4 MPa.m0.5 تغيير مي¬كند و اين معيارهاي تعميم يافته اين تغييرات را به خوبي پيش-بيني مي¬كنند. همچنين مسير رشد ترك براي پنج هندسه مختلف از جنس PMMA به صورت تئوري و آزمايشگاهي مورد بررسي قرار گرفته است. در حالي كه تمامي قطعات تحت بارگذاري مود I مي¬باشند، در بعضي اشكال هندسي انحراف ترك از مسير اوليه رخ مي¬دهد كه اين مقدار انحراف وابسته به هندسه و شرايط بارگذاري مي¬باشد. نشان داده شده است كه تفاوت مسيرهاي رشد ترك و مقدار مقاومت در برابر شكست براي قطعاتي با هندسه¬هاي متفاوت وابسته به مقدار و علامت ترم تنش T مي¬باشد. در ادامه نتايج تئوري حاصل از اين معيار¬هاي تعميم يافته بر پايه انرژي با نتايج آزمايشگاهي چقرمگي شكست مود تركيبي گزارش شده در تحقيقات گذشته كه روي مواد ترد و شبه تردي مانند PMMA و سنگ انجام گرديده است، مقايسه شده و نشان داده شده است كه معيارهاي تعميم يافته نسبت به معيارهاي متداول كه فاقد ترم تنش T مي¬باشند نتايج آزمايشگاهي را به مراتب بهتر پيش¬بيني مي¬نمايند. در حالي كه در بعضي موارد اختلاف بين پيش¬بيني¬هاي حاصل از معيارهاي متداول فاقد ترم تنش T و نتايج آزمايشگاهي چقرمگي شكست مود تركيبي به بيش از 100% درصد مي¬رسد. همچنين با استفاده از يك هندسه پيشنهاد شده، يك سري آزمايش¬هاي مود تركيبي I/II (از مود I خالص تا مود II خالص) بر روي سنگ مرمر سفيد قروه انجام گرديده و مطابقت بسيار خوب نتايج آزمايشگاهي با نتايج حاصل از معيارهاي پيشنهاد شده ارائه شده است. در نهايت با انجام آزمايش¬هاي خستگي پر چرخه بر روي نمونه¬هايي از جنس آلومينيوم 7075 براي چهار هندسه مختلف با مقادير تنش T مثبت و منفي گوناگون، نشان داده شده است كه نرخ رشد ترك و عمر اين قطعات ترك¬دار به ¬خوبي توسط اين معيارهاي تعميم يافته بر پايه انرژي قابل پيش¬بيني مي¬باشد.

190118

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر فيلپو برتو

طراحي كاربردي - مكانيك جامدات

دكتر آيت اللهي