مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

توابع صریح ضریب شدت تنش برای ترک‌های نیم‌بیضوی محیطی خارجی در استوانه تحت بارهای مکانیکی وحرارتی

نویسندگان
1 استاد دانشگاه خواجه نصیر
2 دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی
چکیده
در این پژوهش، به بررسی ضریب شدت تنش مود اول ترک‌ محیطی نیم‌بیضوی در سطح خارجی استوانه با نسبت شعاع به ضخامت 30 پرداخته می‌شود. این استوانه‌ها در سکوهای حفاری نیمه‌شناور کاربرد دارد. ابتدا بر اساس معادلات ترموالاستیسیته نیمه کوپل، میدان تنش در استوانه‌ای تحت بارهای حرارتی و مکانیکی استخراج می‌گردد. سپس، با استفاده از نتایج سه بارگذاری مرجع بر روی جبهه ترک، توابع وزن عمیق‌ترین نقطه و نقاط سطحی ترک استخراج می‌شود. با استفاده از میدان تنش ترموالاستیسیته و توابع وزن استوانه ترکدار، روابطی صریح برای ضریب شدت تنش این نقاط استخراج می‌گردد. اختلاف ضریب شدت تنش حاصل از توابع وزن پیشنهادی با نتایج حاصل از روش اجزاء محدود و نتایج تحقیقات دیگران در تطابق خوبی قرار دارد. اثرات اندرکنش بارهای حرارتی و مکانیکی در ضریب شدت تنش نیز مورد بررسی قرار می‌گیرد. نتایج نشان می‌دهند که، ضریب شدت تنش بی‌بعد عمیق‌ترین نقطه و نقاط سطحی ترک، با افزایش نسبت بار، به‌ترتیب کاهش و افزایش می‌یابند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Explicit expressions of stress intensity factor for external semi-elliptical circumferential cracks in a cylinder under mechanical and thermal loads

نویسندگان English

Rahmatollah Ghajar 1
Mohammad Abbaspour 2
Hamed Saeedi Googarchin 2
چکیده English

In this study, the first mode of stress intensity factor of semi-elliptical circumferential crack in the outer surface of a cylinder with radius to thickness ratio of 30, is investigated. The cylinder is applied in semi-submersible drilling platforms. First, the stress field of the cylinder under thermal and mechanical loads is extracted based on semi couple thermo-elastic equations. Then, the weight functions are derived for deepest and surface points using three reference loads results. Explicit expressions of stress intensity factors for surface and deepest points are presented using thermo-elastic stress field and the weight functions of the cracked cylinder. The results obtained by proposed weight functions and those obtained by finite element method and those presented in the literatures have a good accuracy. The interaction effects of thermal and mechanical loads on the stress intensity factors are studied. The results show that with increasing load ratio, the dimensionless stress intensity factors of deepest and surface points, decrease and increase, respectively.

کلیدواژه‌ها English

Semi-elliptical crack
Stress Intensity Factor
Cracked Cylinder
Thermal and Mechanical Loading