شبیه‌سازی عددی شکست در مواد ترد با استفاده از روش اجزاء محدود توسعه‌یافته

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

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

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

چکیده

امروزه مواد ترد و شبه­ترد به دلیل شکل‌پذیری بسیار کم و هم‌چنین استحکام و سفتی بالا در مقایسه با وزنشان، به­‌صورت گسترده در سازه‌های مختلف مانند سازه‌های هوافضایی استفاده می‌شوند. با افزایش کاربرد این مواد در صنعت، نیاز بیشتری برای تحلیل سازه‌های ترد احساس می‌گردد. در این مقاله ابتدا به‌منظور بررسی مکانیزم جوانه‌زنی و رشد ترک در مواد ترد، روش اجزاء محدود توسعه‌یافته به­کار برده می­شود. سپس، مدل‌های آسیب بر مبنای مدل‌های ناحیه چسبنده برای پیش­بینی ایجاد و رشد ترک در نظر گرفته می­شوند. در ادامه، با استفاده از نرم‌افزار اجزاء محدود تجاری آباکوس، تعدادی از مسائل آزمون شبیه‌سازی گردیده، مناطق آسیب‌دیده و بحرانی در آن‌ها پیش‌بینی می­شود. در آخر، نتایج حاصل از شبیه‌سازی‌های عددی با نتایج تجربی و تئوری مقایسه و اعتبارسنجی ‌می­گردد. مقایسه نتایج عددی و تجربی آشکار می­کند که معیارهای آسیب بر پایه تنش از دقت بهتری نسبت به معیارهای آسیب بر پایه کرنش برخوردار میباشند. بنابراین نتیجه‌گیری می‌شود که در مقایسه با معیارهای آسیب بر پایه کرنش، استفاده از معیارهای آسیب بر پایه تنش در پیش‌بینی شکست مواد ترد مطمئن تر است.

کلیدواژه‌ها


] 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] Kurek M., Walat K., Ogonowski C., Lagoda T., The multiaxial random fatigue criteria based on strain and energy damage parameters on the critical plane for the low-cycle range, International Journal of Fatigue, Vol. 37, pp. 100-111, 2012.
 [10] 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.
[11] Torabi A.R., Firoozabadi M., Ayatollahi M.R.,Brittle fracture analysis of blunt V-notches under compression, International Journal of Solids and Structures, Vol. 67-68, pp. 219-230, 2015.
[12] Saboori B., Ayatollahi M.R., Torabi A.R., Berto F., Mixed mode I/III brittle fracture in round-tip V-notches, Theoretical and Applied Fracture Mechanics, Vol. 83, pp. 135-151, 2016.
[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] Mohammadi B., Salimi-Majd D., Ali-Bakhshi M.H., Analysisofcomposite skin/stringer debonding and failure under static loading using cohesive zone model, Mechanical Engineering of Modares, Vol. 14, pp. 17-25, 2014. (In persian)
[15] ABAQUS6.14 Help Documentation.ABAQUS theory manual.
[16] Salimi-Majd D., Investigation of delamination in laminated composites under fatigue loading using the cohesive interface element, Msc thesis, School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, 2013. (In persian)
[17] Balzani C., Wagner W., An interface element for the simulation of delamination in unidirectional fiber-reinforced composite laminates, Engineering Fracture Mechanics, Vol. 75, pp. 2597-2615, 2008.
[18] Lazzarin P., Berto F., Ayatollahi A.R., Brittle failure of iInclined 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.
[19] Berto F., Ayatollahi M.R., Fracture assessment of brazilian disc specimens weakened by blunt V-notches under mixedmode loading by mean of local energy, Materials and Design, Vol. 32, pp. 2858-2869, 2011.
[20] Ayatollahi M.R., Torabi A.R., Failure assessment of  
        notched polycrystalline graphite under tensile-shear loading, Materials Science Engineering, Vol. 528, pp. 5685-5695, 2011.