مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

استفاده از روش اجزاء محدود توسعه یافته در تعیین ضرایب شدت تنش و ترم های مرتبه بالای ترک

نویسندگان
1 استادیار دانشگاه سمنان
2 دانشجوی ارشد دانشگاه سمنان
چکیده
در مطالعه حاضر، به منظور ارزیابی میدان جابجایی الاستیک و پس از آن پارامترهای شکست در مواد جامد الاستیک همگن ایزوتروپیک با وجود ترک های لبه ای و یا داخلی، از روش اجزاء محدود توسعه یافته و با تکنیک مجموعه تراز استفاده شد تا از معایب روش استاندارد اجزاء محدود جلوگیری شود. به منظور تعیین ضرایب شدت تنش و همچنین ضرایب ترم های مرتبه بالای ترک در حل سری مجانبی ویلیامز برای سازه های حاوی ترک در حالت های مختلف مود شکست از یک روش حداقل مربعات فرامعین و از طریق انطباق حل سری میدان جابجایی در اطراف نوک ترک بر تعداد زیادی از جابجایی های گره ای به دست آمده از روش اجزاء محدود توسعه یافته، استفاده شد. برای تأیید و احراز صحت نتایج، چندین نمونه ترک دار در حالت های مختلف بارگذاری مود خالص اول، مود خالص دوم، و مود ترکیبی مورد بررسی قرار گرفت. مقایسه ای که با نتایج موجود در مراجع بر اساس فرمول بندی های دیگر صورت گرفته، میزان کارآیی و سادگی این روش را نشان داده و قابلیت آن را در شناسایی دقیق ضرایب شدت تنش و ضرایب ترم های مرتبه بالاتر ترک به اثبات می رساند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Utilizing the extended ï‌nite element method for determining crack stress intensity factors and higher order terms coefficients

نویسندگان English

Ahmad Ghasemi Ghalebahman 1
Saeed Salavati 2
2 Semnan University
چکیده English

In the present study, in order to evaluate the elastic displacement field and subsequently the fracture parameters within the isotropic homogeneous elastic solids with the edge or interior cracks, the extended finite element method with level set technique was used to avoid the disadvantages associated with the standard finite element method. An overdeterministic least squares method was utilized to determine the crack stress intensity factors as well as the coefficients of the higher order terms in the Williams' asymptotic series solution for structures containing crack in various modes of failure by fitting the series solution of displacement fields around the crack tip to a large number of nodal displacements obtained from the extended finite element method. For validating the results, several cracked specimens subjected to pure mode I, pure mode II, and mixed modes I/II loading were performed. Comparisons with results available from the literature obtained by the other formulations reveal the efficiency and the simplicity of the proposed method and demonstrate the capability of it to capture accurately the crack stress intensity factors and the coefficients of higher order terms.

کلیدواژه‌ها English

Extended finite element method
Overdeterministic Least Squares Method
Stress intensity factors
Williams' Asymptotic Series Expansion