فریبرز نصیری فرد

فریبرز نصیری فرد


تاریخ انتشار : Publish : نسخه قابل چاپ Print

 


 

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی مکانیک گرایش طراحی کاربردی

 


عنوان:

اثرنوع و ابعاد ناحیه تمرکز تنش بر ایجاد و رشد شبه استاتیکی ترک درمواد فلزی تحت مودترکیبی ɪ/ɪɪ

 

استاد راهنما:

دکتر رحمن سیفی

اساتید داور:

دکتر غلامحسین مجذوبی

دکترامیر حسین محمودی

 

نگارش:

فریبرز نصیری فرد

زمان:

یکشنبه 10/11/95 ساعت 18

مکان:

آمفی تئاتر دانشکده

 

 

چكيده:

شیارها در قطعات و ساختارهای مهندسی برای نیازهای طراحی خاص به کار می­روند. شکل­های متنوع شیارها می­تواند در المان­های ساختاری که تعداد زیادی از آنها   O، U وV شکل هستند، دیده شود. برخلاف ترک­ها و عیوب، که برای قطعات مضر هستند، شیارها می­توانند به طور همزمان مفید و مضر باشند. در کنار سودمندی، شیارها ممکن است به دلیل تمرکز تنشی که در همسایگی آن ایجاد می­شود و نتیجه­اش شروع ترک از لبه شیار است، برای یک ساختار مهندسی مضر باشند. در تحقیق پیش­رو، تأثیر هندسه­ و ابعاد مختلف شیارهای موجود در ورق بر ظرفیت حمل بار قطعه، نقطه و زاویه شروع شکست و رشد ترک از مرز شیار به صورت تجربی، تئوری و عددی بررسی شده است. آزمایش­ها به دو سری نمونه­های شیاردار و نمونه­­های شیاردار با پیش­ترک تقسیم شدند. برای سری اول نمونه­ها چندین ورق نازک مستطیلی ساخته شده از آلومینیم 7075-T6 و ضعیف شده توسط شیارهای U شکل و V شکل نوک گرد با ابعاد متفاوت برای شکست مود ترکیبی ??/???? آزمایش شد و ظرفیت حمل بار و زاویه شروع شکست به طور آزمایشگاهی ثبت شد. سپس مفهوم مواد معادل با هدف برابر گرفتن مواد نرم با مواد ترد از نقطه نظر چگالی انرژی کرنشی، در ارتباط با معیارهای شکست ترد، ماکزیمم تنش مماسی و تنش متوسط برای پیش­بینی نتایج آزمایشگاهی استفاده شد. با وجود رفتار مکانیکی مواد، دقت هر معیار شکست اساسا بستگی بر شکل شیار و از این رو، بر توزیع تنش اطراف مرز شیار داشت. مقایسه کمی نتایج آزمایشگاهی چقرمگی شکست با پیش­بینی­های تئوری تحت شرایط مود ترکیبی، درصد خطای بین نتایج تجربی و تئوری برای معیارهای VMTS-EMC و VMS-EMC به ترتیب 9/5 درصد و 5/2 درصد و برای معیارهای UMTS-EMC وUMS- EMC به ترتیب 2 درصد و 5/5 درصد نشان داد. با استفاده از چنین معیارهایی، مهندسین به انجام تحلیل­های الاستیک_ پلاستیک برای تخمین شکست مود ترکیبی قطعات نرم شیار­دار نیاز ندارند. محل شروع ترک با استفاده از معیار بیشینه تنش مماسی بررسی و پیش­بینی شد و صحت این روش با نتایج آزمایشگاهی تایید شد. در سری دوم آزمایش­ها جهت بررسی مسیر رشد ترک، ابتدا جهت ترک­دار کردن نمونه­های شیاردار برای هندسه­های مختلف شیار، ترک­هایی از نوک شیار به طول mm6/0 با توجه به نقطه و زاویه شروع ترک بدست آمده، ایجاد شد سپس برای بررسی عددی مسیر رشد ترک از روش گام به گام  که متکی بر معیار بیشینه تنش مماسی است، استفاده شد. معیار بیشینه تنش مماسی پیش­بینی دقیقی از مسیر رشد ترک ارائه می­دهد. در رشد ترک سهم ضریب شدت تنش مود یک در شعاع شیار کمتر ، زاویه دهانه شیار و زاویه مود ترکیبی شیار کوچکتر، بیشتر بود و ترک سریع­تر به سمت مود یک پیش رفت.

 

واژه­های کلیدی:  شکست نرم، رشد ترک، مفهوم مواد معادل، شیار U، شیار V

 

Abstract:

   Notches are employed in engineering components and structures because of their special design requirements. Various shapes of notches can be seen in structural elements that a large number of which are V, U and O-shaped. Unlike cracks and defects which are all harmful for components, notches can be simultaneously useful and harmful. Beside their usefulness, notches may be harmful for an engineering structure because they concentrate stresses at their neighborhood which may result in crack initiation from the notch border. In the present study, The effect of the geometry and dimensions of different notches in the sheet on load-carrying capacity of the component, point and fracture initiation angle and crack growth from the notch border, has been experimentally, theoretically and numerically investigated. The tests were divided in two series of the notched specimens and notched specimens with pre-crack. For the first series of specimens several rectangular thin sheets made of Al 7075-T6 and weakened by U and blunt V notches With different dimensions were tested for mixed mode I/II fracture, and the load-carrying capacity and the fracture initiation angles were experimentally recorded. Then, the Equivalent Material Concept (EMC), is utilized with the aim to equate a ductile material with a virtual brittle material from the viewpoint of strain energy density was utilized in conjunction with the maximum tangential stress (MTS) and the me