مطالعه عددي رشد ترك در محيط متخلخل: اثر پارامترهاي تخلخل بيضي‌شكل

شكل و مكان تخلخل، تأثير بسزايي بر رشد ترك در مواد متخلخل دارد. وقتي نمونه تحت تنش خارجي قرار مي گيرد، به دليل تمركز تنش در اطراف اين تخلخل ها، ترك هاي كششي ايجادشده و با پيوستن آن‌ها به يكديگر، شكست نهايي در نمونه به وجود مي آيد. با توجه به مشكلات آزمايشگاهي جهت مطالعه رشد ترك در مقياس تخلخل، محاسبات عددي اين رفتارها راه كار بسيار مناسبي براي دستيابي به درك صحيحي از نحوه ايجاد و رشد ترك در اين مواد به شمار مي رود. ازاين‌رو، در سال هاي اخير استفاده از روش اجزا محدود توسعه‌يافته كه در آن نياز به مش بندي مجدد ناحيه ي اطراف ترك رفع شده، گسترش زيادي يافته است. بااين‌وجود به دليل ساختار پيچيده فضاي متخلخل، حتي در مدل هاي عددي، شكل اين تخلخل ها اغلب به‌صورت دايره اي در نظر گرفته مي شوند. در اين پژوهش، تأثير شكل، مكان و نحوه چيدمان تخلخل هاي بيضي‌شكل بر رشد ترك به‌صورت عددي مدل‌سازي مي گردد. اين تخلخل ها در مقابل و جوانب ترك قرار داده‌شده و در هر مرحله نحوه توزيع تنش، تغييرات فاكتور شدت تنش و مقاومت بيشينه بررسي‌شده‌اند. نتايج نشان مي دهد كه در صورت برابري اندازه‌ تخلخل‌ها، در حالتي كه تخلخل مقابل ترك و به شكل بيضي قائم باشد، اثر تخريبي آن حدود 20 درصد بيشتر از تخلخل بيضي‌شكل افقي است. همچنين، هنگامي‌كه تخلخل در جوانب ترك قرار دارد، با افزايش زاويه زاويه ي بين محور افقي با راستاي قطر بزرگ بيضي (α)، فاكتور شدت تنش از 1 به 0.94 كاهش‌يافته و سبب كاهش انتشار ترك در نمونه ي متخلخل مي‌شود. در ادامه، با تعريف زاويه ي زاويه بين محور افقي با خط واصل مراكز دو تخلخل به نام β، تأثير شكل تخلخل و نحوه قرارگيري آن بر رشد ترك در مدل‌هاي پيچيده‌تر (مدل هاي حاوي دو تخلخل بيضي‌شكل) مورد ارزيابي قرارگرفته است. با افزايش زاويه α و β از صفر به نود درجه، مقاومت بيشينه نمونه 18.12 درصد كاهش و مقدار تنش فون ميسز از 0.154 به 0.922 مگاپاسكال افزايش مي‌يابد. بااين‌حال، نتايج نشان‌دهنده آن است كه تأثير زاويه β در رشد ترك بيشتر از زاويه α است.