مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تابع وزن دوبعدی مود ترکیبی ترک‌های زیرسطحی بیضوی تحت بارگذاری کششی

نویسندگان
1 استاد دانشگاه خواجه نصیر-
2 دانشجوی دکتری دانشگاه خواجه نصیر
چکیده
یکی از انواع ترک‌های مشاهده شده در سازه‌های مکانیکی، ترک‌های زیرسطحی بیضوی هستند. در این ترک‌ها، به دلیل عدم تقارن هندسی نسبت به سطح ترک، پدیده کوپلینگ مودهای شکست منجر می‌شود که تحت بارگذاری کششی، ترک هر سه مود شکست را تجربه نماید. تحت بارگذاری کششی، مود III ناشی از پدیده کوپلینگ مودها قابل صرف‌نظر ولی مود II قابل ملاحظه می‌باشد. در این مطالعه، تابع وزن دوبعدی مود ترکیبی ترک‌های زیرسطحی بیضوی موازی با سطح تحت کشش برای نسبت منظرهای 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0 و نسبت عمق ترک به طول ترک‌های 0.05, 0.06, 0.08, 0.1, 0.14, 0.2, 0.3, 0.5, 1.0 استخراج شده است. برای استخراج توابع وزن، از کشش یکنواخت اعمال شده روی سطوح ترک به عنوان بارگذاری مرجع استفاده شده است. با برازش تابع با دقت بالا روی ضرایب تابع وزن به دست آمده، تابع وزن ارائه شده برای هر مقداری از نسبت منظر و نسبت عمق به طول ترک قابل استفاده شده است. به منظور صحه‌گذاری تابع وزن به دست آمده، ضرایب شدت تنش مود ترکیبی تمام نقاط جبهه ترک تحت توزیع تنش‌های خطی، بیض‌گون و مثلثاتی با استفاده از آن محاسبه شده و با نتابج اجزامحدود مورد مقایسه قرار گرفته است. مقایسه نتایج، دقت بالا و میانگین خطای نسبی زیر 7 درصد را نشان می‌دهد. به کمک توابع وزن ارائه شده می‌توان ضرایب شدت تنش مود ترکیبی ترک زیرسطحی بیضوی با هر ضریب منظر و عمقی را تحت هر توزیع بار کششی دلخواه محاسبه نمود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Mixed mode two dimensional weight functions for the subsurface elliptical cracks under normal loadings

نویسندگان English

Rahmatollah Ghajar 1
Javad Alizadeh 2
چکیده English

Elliptical subsurface cracks are one of the probable types of cracks that occur in engineering structures. Due to the non-symmetrical geometry with respect to the crack surface, coupling of the fracture modes occurs in an elliptical subsurface crack and so, the crack under normal loading will experience all fracture modes. Mode III caused by the coupling effect under normal loading is negligible whereas mode II is significant. In this paper, mixed mode two dimensional weight functions of the elliptical subsurface cracks parallel to the surface are derived for aspect ratios of αlpha=0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0 and ratios of crack depth to crack length of Betta=0.05, 0.06, 0.08, 0.1, 0.14, 0.2, 0.3, 0.5, 1.0. Mixed mode stress intensity factors under uniform normal loading are used as reference stress intensity factors. By curve fitting on the calculated weight functions coefficients, the derived weight functions are able to be used for any αlpha and Betta. To verify the weight functions, the stress intensity factors of all points of the crack front are calculated under linear, elliptic paraboloid and trigonometric paraboloid stress distributions and compared to the finite element results. Comparison of the results shows high accuracy with mean relative error less than 7%. Using derived weight functions, mixed mode stress intensity factors of the subsurface elliptical crack can be determined for any αlpha and Betta and under any normal stress distributions.

کلیدواژه‌ها English

Elliptical subsurface crack
Two dimensional weight function
Coupling of the fracture modes
Mixed mode