مبین صالحی

تاریخ انتشار : Publish : نسخه قابل چاپ Print


دانشکده مهندسي

  گروه آموزشی مکانیک       

پایان­نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته مکانیک گرایش طراحی کاربردی

 

عنوان: 

تعیین ضرایب شدت تنش ناشی از کشش و برش در ترک‌های زیرسطحی با استفاده از روش تابع وزنی

 

استاد راهنما:

دکتر رحمن سیفی

 

اساتید ممتحن:

دکتر هاشم مظاهری

دکتر مهدی شعبان

 

نگارش:

مبین صالحی

 

تاریخ:

12/12/96

مکان:

سالن آمفی تئاتر دانشکده مهندسی

زمان:

ساعت 30/16


 

BU-Ali Sina University

 

Faculty of Engineering

Department of Mechanical Engineering

 

Thesis submitted for Master of Science in Mechanical Engineering, Applied Design

 

Title

 

Determination of the stress intensity factors due to tension and shear in subsurface cracks using weight function method

 

Supervisor:

 Dr Rahman Seifi

Advisor:

 

Dr Hashem Mazaheri

Dr Mahdi Shaban

 

By:

Mobin Salehi

Place:

 

Emphi Theater Hall of the Faculty of Engineering

 

Time:

 

3, March, 2018

 

چکیده

یکی از انواع ترک‌های مشاهده‌شده در سازه‌های مکانیکی، ترک‌های زیرسطحی بیضوی هستند. در این ترک‌ها، به دلیل عدم تقارن هندسی نسبت به سطح ترک، پدیده ترکیب مودهای شکست منجر می‌شود که تحت هر بارگذاری کششی و یا برشی، ترک هر سه مود شکست را تجربه می‌نماید. در این مطالعه، ضرایب شدت تنش در ترک زیرسطحی بیضوی ناشی از بارگذاری مرکب برشی و کششی با استفاده از نرم‌افزار فرنک تعیین‌شده و نتایج حاصل با روش تابع وزنی مقایسه گردید؛ برای این کار نمونه در نرم‌افزار اباکوس مدل‌سازی و در فرنک تحلیل شد. این پروژه در دو بخش انجام گرفت؛ در بخش اول یک هندسه در حالت کلی تحت بارگذاری ترکیبی نرمال و برشی در نظر گرفته شد و ضرایب شدت تنش برای ترک زیرسطحی بیضوی در 4/0=α (نسبت قطر کوچک به بزرگ بیضی ترک) و 1، 5/0، 3/0=β (نسبت عمق به نصف طول ترک) هنگامی‌که ترک به‌صورت موازی، مایل و عمود بر سطح بارگذاری در زاویه‌های صفر تا 90 درجه با راستای محور افقی قرار دارد، محاسبه گردید. با توجه به عدم وجود تابع وزن برای ترک‌های عمودی و نرمال، ضرایب شدت تنش هنگامی‌که ترک به‌صورت موازی با سطح بوده از هر دو روش تابع وزنی و اجزا محدود محاسبه و نتایج باهم مقایسه گردید. در بخش دوم برای کاربردی کردن تحقیق، ضرایب شدت تنش برای ترک زیرسطحی بیضوی موجود در ریل قطار در دو حالت بارگذاری، هنگامی‌که چرخ با کل ریل در تماس است و در حالتی که چرخ و ریل در ناحیه تماس بیضی هرتز باهم تماس برقرار می‌کنند، محاسبه گردید. در این بخش نیز ضرایب شدت تنش برای ضریب منظر 6/0، 4/0، 2/0=α و نسبت عمق 1، 8/0، 6/0=β هنگامی‌که ترک موازی با سطح در زاویه‌های صفر،30، 60 و 90 درجه با راستای افقی قرار دارد، به دست آورده و نتایج با روش تابع وزنی مقایسه گردید. برای به دست آوردن ضرایب شدت تنش با روش تابع وزنی ابتدا این ضرایب را برای بارگذاری‌های نرمال و برشی محاسبه نموده و با استفاده از اصل جمع آثار نتایج برای بارگذاری ترکیبی به دست آورده شد. مقایسه نتایج، دقت بالا و میانگین خطای نسبی کمی را هنگامی‌که ترک دقیقاً زیر محل بارگذاری قرار می‌گیرد، نشان می‌دهد. به کمک روش تابع وزنی می‌توان ضرایب شدت تنش ترک زیرسطحی بیضوی را برای هر مقدار α و β دلخواه در بارگذاری ترکیبی برای ریل قطار و هر هندسه مشخص با سرعت و دقت بالا محاسبه نمود.

 

  Abstract:

       One sort of cracks in mechanical structures are elliptical subsurface cracks. In this cracks, due to lack of geometric symmetry toward the crack surface, combining fracture modes leads the crack to undergo all three fracture modes under every tension and shear loading. In this study, stress intensity factors in elliptical subsurface crack caused by compound shear loading is determined by means of Franc software, and the obtained results are compared to those of weight function method. To do this, the sample is modeled in Abaqus and is analyzed in Franc. This project is done in two sections. In the first one, a geometry is assumed under general state of tension and shear compound loading, and stress intensity factors are calculated for the elliptical subsurface crack in α =0.4 (small to big diameter ratio of the crack), and β= 0.3, 0.5, 1 (depth to the half of length of the crack) when the crack is located on the loading surface in parallel, diagonal and perpendicular state. With regard to absence of weight function for perpendicular and tension cracks, stress intensity factors is calculated using both weight function and finite elements methods when the crack is parallel to the surface, and then, results are compared to each other. In the second section, to make this study functional, stress intensity factors for the elliptical subsurface crack in train rail in two loading modes is computed when the wheel is in contact with the whole rail, and when the wheel and the rail are in contact with each other in Hertez elliptical contact zone. In this section, stress intensity factors for α =0.2, 0.4, 0.6 aspect ratios and relative β =0.6, 0.8, 1 depths are obtained and the results are compared to those of weight function method when the crack which is parallel to the surface with 0, 30, 60 and 90 degrees angels. In order to calculate stress intensity factors by weight function method, first these factors are calculated for tension and shear loadings, and using superposition principle, the results are obtained for compound loading. Comparing the results reveals that high precision and low relative mean error when the crack is exactly under the loading area, by means of weight function method, stress intensity factors of the elliptical subsurface crack for each desired value of α and β is calculated in compound loading for train rail and each certain geometry with high accuracy and precision.

 

                                                           رزومه                 

 

1-   مشخصات فردی

نام و نام خانوادگی  مبین صالحی                سال تولد    27/10/71   محل تولد همدان           شماره دانشجوئی    9413444007          

آدرس در همدان     بلوار شهید احمدی روشن

آدرس در شهرستان  کبودرآهنگ بلوار بعثت

شماره تلفن ثابت    08135223535 

شماره موبايل ثابت  09184111561                      

2-   مشخصات تحصيلی

نوع ديپلم  ریاضی فیزیک         محل اخذ کبودرآهنگ     سال اخذ  1389    معدل 13/19

ليسانس مکانیک ماشین‌های کشاورزی  محل اخذ دانشگاه بوعلی   سال اخذ 1394               معدل 84/16

فوق ليسانس  مکانیک طراحی کاربردی   محل اخذ دانشگاه بوعلی   سال اخذ  1396              معدل   10/16               

عنوان پروژه ليسانس بویلرهای نیروگاهی و انواع نیروگاه‌های ایران

نام اساتيد راهنما  دکتر حسین باقر پور      محل کار اساتيد راهنما  دانشگاه بوعلی  

عنوان پروژه فوق ليسانس بررسی ضرایب شدت تنش ناشی از کشش و برش برای ترک‌های زیرسطحی با روش تابع وزنی

 نام اساتيد راهنما   دکتر رحمن سیفی            محل کار اساتيد راهنما  دانشگاه بوعلی       

3-   سوابق علمی پژوهشی (با ارائه مدارک مربوطه)

الف -  دانش‌آموز برگزیده شهرستان و استان در سال‌های 87، 88 و 89

ب-   دانشجوی برگزیده آموزشی ششمین و هفتمین همایش سالانه دفتر هدایت استعداد درخشان دانشگاه بوعلی

ج-  فارغ‌التحصیل نفر اول رشته مکانیک ماشین‌های کشاورزی

 

4-   آشنائی با نرم افزار (نام ببريد و حدود آشنائی را ذکر کنيد)

                             

الف-    solid works                      

ب-   Abaqus  

 ج-      Franc 3D

  د-    Matlab 

 

5-   آشنائی به زبان های خارجی و ميزان آشنائی

                                  

الف-   انگلیسی

ب-    ترکی