مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

محاسبه ضرایب شدت تنش دینامیکی ترک سه بعدی مواد تابعی با استفاده از روش انتگرال تعاملی

نویسندگان
1 استاد دانشگاه خواجه نصیر-
2 دانشجوی دکترا
3 استادیار دانشگاه آزاد واحد تاکستان
چکیده
ضرایب شدت تنش دینامیکی از پارامترهای مهم برای بررسی، شناخت و پیش بینی رفتار دینامیکی شکست در اجسام دارای ترک می‌باشند. در این مقاله، روش انتگرال تعاملی برای محاسبه ضرایب شدت تنش دینامیکی مواد تابعی با ترک سه بعدی به کار گرفته می‌شود. با تعریف مناسبی از میدان‌های کمکی جابجایی، کرنش و تنش، انتگرال تعامل بدون هرگونه وابستگی به مشتق‌گیری از تغییرات خواص مواد مزبور، به دست می‌آید. حل عددی با در نظر گرفتن تغییرات پیوسته ضریب ارتجاعی ماده و با استفاده از روش اجزای محدود انجام می‌گیرد. اعتبار سنجی روش مورد استفاده با حل مساله‌های همگن و تابعی با‌ ترک مرکزی، بیضوی و لبه‌ای تحت اثر بارهای استاتیکی و دینامیکی انجام می‌شود. در ادامه با در نظر گرفتن تغییرات خواص مواد به صورت نمایی در دو جهت داخل و عمود بر صفحه ترک، اثرات گرادیان ضریب الاستیسیته بر ضرایب شدت تنش استاتیکی و دینامیکی مواد تابعی مورد بررسی قرار می‌گیرد. نشان داده می‌شود، که تغییر خواص ماده همواره موجب کاهش قابل توجه ضریب شدت تنش دینامیکی جسم تابعی نسبت به ماده همگن می‌گردد. در حالی که مشخص می‌گردد، با توجه به راستای تغییر خواص ماده، ضریب شدت تنش استاتیکی جسم تابعی نسبت به ماده همگن ممکن است افزایش یا کاهش یابد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Computation of dynamic stress intensity factors for three-dimensional cracks in functionally graded materials using interaction integral method

نویسندگان English

Rahmatollah Ghajar 1
Safa Peyman 2
Ali Shaghaghi 3
چکیده English

To investigate, understanding and predicting dynamic fracture behavior of a cracked body, dynamic stress intensity factors (DSIFs) are important parameters. In the present work interaction integral method is presented to compute static and dynamic stress intensity factors for three-dimensional cracks contained in the functionally graded materials (FGMs), and is implemented in conjunction with the finite element method (FEM). By a suitable definition of the auxiliary fields, the interaction integral method which is not related to derivatives of material properties can be obtained. For the sake of comparison, center, edge and elliptical cracks in homogeneous and functionally graded materials under static and dynamic loading are considered. Then material gradation is introduced in an exponential form in the two directions in and normal to the crack plane. Then the influence of the graded modulus of elasticity on static and dynamic stress intensity factors is investigated. It has been shown that, material gradation has considerable reduce influence on DSIFs of functionally graded material in comparison with homogenous material. While, static stress intensity factors can decrease or increase, depend on the direction of gradation material property.

کلیدواژه‌ها English

Dynamic stress intensity factors (DSIFs)
Interaction integral method
Functionally graded materials (FGMs)
finite element method