مطالعه شكست ديناميكي مواد تابعي تحت شوكهاي حرارتي-مكانيكي

Study of Dynamic Fracture of Functionally Graded Materials under Thermo-Mechanical Shocks

در اين مقاله‏ رفتار شكست مواد تابعي تحت شوك هاي حرارتي-مكانيكي مورد مطالعه و بررسي قرار گرفته است. براي اين منظور از معادلات ترموالاستيسيته كلاسيك كوپله استفاده شده است. اين معادلات با كمك روش المان محدود توسعه يافته گسسته سازي شده و سپس با استفاده از روش نيومارك در قلمرو زمان حل شده اند. شبيه سازي مواد تابعي توسط مدل هاي ميكرومكانيكي متداول براي مواد مركب انجام شده است. در اين مقاله، كلي ترين شكل انتگرال برهمكنش براي ترك هاي مستقيم الخط متحرك تحت بارهاي حرارتي و مكانيكي در مواد تابعي، استخراج و براي محاسبه ضرايب شدت تنش ديناميكي بكار گرفته شده است. كليه مراحل حل مسيله از مش بندي تا حل معادلات مربوطه و استخراج نتايج در محيط برنامه نويسي نرم افزار MATLAB صورت گرفته است. چندين مثال حل شده و نتايج حاصل با نتايج تحليلي و عددي موجود در مقالات ديگر مورد مقايسه قرار گرفته است. مطابقت خوب اين نتايج، دقت و صحت روش حل ارايه شده و كد نوشته شده را تاييد مي كند. در نهايت چگونگي تغيير ضرايب شدت تنش با تغيير پروفيل ماده تابعي و نيز سرعت و مسير رشد ترك در يك تير از جنس شيشه-اپوكسي تحت شوك هاي حرارتي-مكانيكي مورد بحث و بررسي قرار گرفته است.

In this paper fracture behavior of functionally graded materials under thermo-mechanical shocks is investigated. For this purpose classical coupled thermoelastic equations are used in the calculations. These equations are discretized with extended finite element method and then are solved by the Newmark method in the time domain. Micromechanical models for conventional composites are used to estimate properties of FG layers. The most general form of interaction integral is extracted for moving cracks in FGMs under thermo-mechanical loadings, and then it is employed to calculate the stress intensity factors at each time step. All stages of problem solution from mesh generation to obtaining results were implemented in MATLAB programming environment. Some examples are solved and obtained results are compared with existing analytical and numerical results in other papers. Good accordance between these results verifies presented method and written code in this paper. Finally the effects of material properties profile variation on dynamic stress intensity factors in a glass/epoxy beam under thermo-mechanical shocks are investigated. Also crack propagation path and speed are studied for this beam.