مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

اثر میدان‌های کمکی جابجایی، تنش و کرنش بر ضرایب شدت تنش مواد تابعی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری
2 استاد دانشگاه خواجه نصیر-
چکیده
در این مقاله، اثر میدان‌های کمکی و فاصله کانتورهای حجمی از نوک ترک، بر دقت محاسبه ضرایب شدت تنش مواد تابعی با روش انتگرال تعاملی مورد بررسی قرار می-گیرند. ابتدا با تعریف مناسبی از میدان‌های کمکی جابجایی، کرنش و تنش، رابطه سازی انتگرال تعاملی بدون هرگونه وابستگی به مشتق‌گیری از خواص مواد، انجام می‌شود. برای محاسبه انتگرال تعاملی، میدان‌های واقعی و کمکی جابجایی، کرنش و تنش استفاده می‌شوند. میدان‌های واقعی با روش اجزای محدود ایزوپارامتریک به دست می‌آیند. از سوی دیگر، میدان‌های جابجایی و تنش ویلیامز که بر مبنای خواص ماده نوک ترک به دست می‌آیند، به عنوان میدان‌های کمکی استفاده می‌گردند. این میدان‌های کمکی جز در نزدیکی نوک ترک مناسب نمی‌باشند. بنابراین از فرمولبندی‌های نامتعادل و ناسازگاری استفاده می‌شود، تا بتوان اثر تغییرات مواد را در نظر گرفت. سپس با در نظر گرفتن خواص مواد تابعی به صورت نمایی، جواب‌های به دست آمده از این فرمول‌بندی‌ها با جواب‌های موجود در مراجع دیگر مقایسه می‌شوند. در ادامه با در نظر گرفتن کانتورهای مختلف، اثر فاصله کانتور از نوک ترک بر ضرایب شدت تنش مواد تابعی مورد بررسی قرار می‌گیرد. نشان داده می‌شود، که پاسخ‌های به دست آمده از روش‌ ناسازگاری و روش تانسور رفتاری ثابت مناسب‌تر می‌باشند. در حالی که، روش نامتعادل برای کانتورهای دور از نوک ترک مناسب نمی‌باشد و دقت آن کمتر است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

The effect of auxiliary fields of displacement, stress and strain on stress intensity factors in functionally graded materials

نویسندگان English

Safa Peyman 1
Rahmatollah Ghajar 2
چکیده English

This paper concerns the effect of auxiliary fields and distance of contours from the crack tip on the accuracy of stress intensity factors of Functionally Graded Materials (FGMs), using the interaction integral method. In the first step, defining auxiliary fields of displacement, strain, and stress appropriately, the interaction integral is derived which is independent of derivatives of properties of the materials. Actual and auxiliary fields of displacement, strain and stress are used to compute the interaction integral. Actual fields are obtained by isoparametric finite element method, while auxiliary fields are constructed by use of the crack tip properties on the basis of William’s solution. These auxiliary fields are not appropriate, except near the crack tip. Therefore, different non-equilibrium and incompatibility formulations are used to consider the changes in non-homogeneous material. Considering the changes in FGMs as an exponential function, the results will be obtained from these formulations and are compared with others recorded in the literature. Furthermore, considering different contours, the effect of distance of contours from the crack tip on the stress intensity factors of FGMs is examined. The results confirm that the solutions using the incompatibility and constant constitutive tensor are more accurate. In contrast the non-equilibrium method is not proper for contours which are placed far away from the crack tip and presents less accuracy.

کلیدواژه‌ها English

Stress intensity factors
Interaction integral method
Auxiliary fields of functionally graded materials
Isoparametric Finite element method