مقایسه روش های اجزای محدود متداول و توسعه یافته در پیش بینی شکست نمونه با شیار کلیدی شکل تحت بارگذاری مود ترکیبی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

3 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

مواد ترد به‌علت سختی قابل‌توجه و هم‌چنین شکل‌پذیری اندک، کاربرد زیادی در صنایع گوناگون مانند اتوموبیل‌سازی، دریایی و هوایی دارند. بنابراین بررسی رفتار خرابی و شکست مکانیکی این مواد یکی از مهم‌ترین چالش‌های مهندسین و محققین است. هدف اصلی این مقاله مقایسه کارایی روش اجزای-محدود توسعه‌یافته با روش اجزای‌محدود متداول در پیش‌بینی ایجاد و رشد ترک در یک ماده ترد می‌باشد. برای این منظور ابتدا با به‌کارگیری مدل‌های آسیب موجود در نرم‌افزار اجزای‌محدود آباکوس بر مبنای روش اجزای‌محدود متداول و توسعه‌یافته، پیدایش و رشد ترک در یک نمونه گرافیتی دارای شیار کلیدی‌شکل شبیه‌سازی ‌می‌گردد. سپس، مقادیر زاویه ایجاد ترک و حداکثر نیروی قابل‌تحمل در قطعه تحت شرایط مختلف بارگذاری ترکیبی پیش‌بینی شده، با نتایج تجربی مقایسه و اعتبارسنجی می‌گردد. مقایسه نتایج عددی حاصل از شبیه‌سازی‌های روش اجزای‌محدود متداول و توسعه‌یافته با نتایج تجربی آشکار می‌کند که در مقایسه با روش اجزای‌محدود متداول، روش اجزای‌محدود توسعه‌یافته علاوه بر کاهش هزینه محاسبات و هم‌چنین حساسیت به اندازه المان‌ها‌ در المان‌بندی، از دقت بالاتری برخوردار بوده و کارایی بیشتری در پیش‌بینی ایجاد و رشد ترک در مواد ترد دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Griffith A.A., The phenomenon of rupture and flow in solids, philosophical transactions, Vol. 221, pp. 163-198, 1920.
[2] Irwin G.R., Analysis of stress and strains near the end of a crack traversing a plate, Applied Mechanics, Vol. 24, pp. 109-114, 1957.
[3] Rice J.R., Path-independent integral and the approximate analysis of strain concentration by notches and crack, Applied Mechanics Transactions Vol. 35, pp. 379-386, 1968.
[4] Barenblatt G., The matematical theory of equilibrium cracks in brittle fracture, Advances in Applied Mechechanics, Vol. 7, pp. 55-129, 1962.
[5] Hillerborg A., Modeer M., Petersson P., Analysis of crack formation and crack growth in concrete by means of fracture mechanics and finite elements, Cement and Concrete Research, Vol. 6, pp. 773-782, 1976.
[6] Carter B.J., Lajtai E.Z., Ayari M.L., Criteria for brittle fracture in compression, Engineering Fracture Mechanics, Vol. 37, pp. 59-74, 1990.
[7] Fischer K.F., Review of brittle fracture criteria in case of static and cyclic mixed mode loading, Theoretical and Applied Fracture Mechanics, Vol. 1, pp. 117-131, 1984.
[8] Belytschko T., Black T., Elastic crack growth in finite elements with minimal remeshing, Numerical Method in Engineering, Vol. 45, pp. 601-620, 1999.
[9] Torabi A.R., Pirhadi E., Stress-based criteria for brittle fracture in key-hole notches under mixed mode loading, European Journal of Mechanics and Solids, Vol. 49, pp. 1-12, 2014.
[10] Berto F., Campagnolo A., Ayatollahi M., V-notches subjected to combined tension and torsion loadings: the application of the fictitious notch rounding concept", Engineering Fracture Mechanics, Vol. 148, pp. 82-96, 2015.
 [11] Campagnolo A., Berto F., Leguillon D., Lagoda T., Mode II loading in sharp V-notched components: a comparison among some recent criteria for brittle fracture assessment, Procedia Structural Integrity, Vol. 2, pp. 1845-1852, 2016.
[12] Lazzarin P., Berto F., Ayatollahi A.R., Brittle failure of inclined key-hole notches in isostatic graphite under in-Plane mixed mode loading, Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures, Vol. 36, pp. 942-955, 2013.
[13] Moes N., Dolbow J., Belytschko T., A finite element method for crack growth without remeshing, Numerical Method in Engineering, Vol. 149, pp. 131- 150, 1999.
[14] ABAQUS 6.14 Help Documentation. ABAQUS Theory Manual.