تعميم معيار حداكثر تنش محيطي به مواد اورتوتروپيك تحت بارگذاي مود تركيبي با در نظر گرفتن تنش T

Extension of Maximum Tensile Stress Criterion to Mixed Mode Fracture of Orthotropic Materials Considering T-stress

در اين مقاله يك معيار كلي براي پيش بيني شكست تحت بارگذاري مود تركيبي I/II براي مواد اورتوتروپيك ارائه شده است. تست‌هاي مختلف صورت پذيرفته در قطعات اورتوتروپيك نشان مي دهد كه همواره ترك در راستاي الياف و در بستر ايزوتروپيك رشد مي‌كند. با استفاده از مدلي به نام مدل ايزوتروپيك تقويت شده معادل مي‌توان به بررسي و تعميم معيارهاي مواد ايزوتروپيك به مواد اورتوتروپيك بهره برد. با استفاده از اين واقعيت، اين ايده القاء مي‌شود كه شكست مواد اورتوتروپيك ترك‌دار بايد از معيارهاي شكست مواد ايزوتروپيك تبعيت نمايد. اين معيار جديد از توسعه معيار ماكزيمم تنش محيطي به محيط ايزوترپيك تقويت شده بهره برده شده است. همچنين در اين پژوهش نقش ترم تنش T در شكست اين مواد مورد بررسي قرار گرفته شده است. از بررسي نتايج اين معيار و مقايسه آن با داده هاي تجربي موجود، نشان داده مي‌شود كه در اين معيار هم جهت رشد ترك و هم لحظه رشد ترك را به درستي پيش بيني مي نمايد. همچنين نشان داده شده است كه تنش غير سينگولار T بر روي شكست مواد اورتوتروپيك تاًثير بسزايي دارد، خصوصاً زماني كه مود دوم مود غالبي باشد. در اين مقاله بيان مي شود كه برخلاف مواد ايزوتروپيك، چقرمگي شكست مواد اورتوتروپيك در مود I نشان دهنده حداكثر تحمل ماده ترك‌دار در مود I نيست و بر اين اساس يك خاصيت جديد براي اين گونه مواد تعريف مي‌شود. با توجه به سهولت دسترسي، از چوب به عنوان ماده آزمايشگاهي براي بررسي و مقايسه نتايج استفاده شده است.

In this research, a general mixed mode I/II fracture criterion is developed for fracture investigation of orthotropic materials. Various experimental tests show that cracks always propagate in an isotropic medium and along fiber direction in orthotropic materials. With a novel material model titled an Equivalent Reinforced Isotropic Model (ERIM), fracture criterion can be extended for investigation of fracture in orthotropic materials. This inspires that fracture in orthotropic materials follows the fracture mechanism in isotropic materials. This new criterion is developed based on extension of MTS which is widely used for isotropic materials. Also in this research the effects of T-stress in fracture of some specimens has been studied. A comparison between available experimental observations and theoretical estimation implies on capability of developed criterion for predicting both crack propagation direction and fracture instance, wherein the achieved fracture limit curves are also compatible with fracture mechanism of orthotic materials. It is also shown that non-singular T-stress term has a significant impact on orthotropic material failure, especially when the second mode is dominant mode. It is shown that unlike isotropic materials, fracture toughness of orthotic materials in mode I (𝐾𝐼𝐶) cannot be introduced as the maximum load bearing capacity and thus new fracture mechanics property, named here as maximum orthotropic fracture toughness in mode I (𝐾𝐼𝐶|ortho) is defined. Considering ease of access, wood is used as experimental specimen for the purpose of comparing the results.