محاسبه ضرايب شدت تنش مود I بارگذاري براي قطعه خمش سه نقطه اي شياردار

Computation of mode I notch stress intensity factors in a V-notched TPB specimen

قطعه آزمايشگاهي خمش سه نقطه اي يكي از قطعات مهم براي مطالعه رفتار شكست قطعات شيارداري است كه از مواد ترد مانند سنگ ها و سراميك ها ساخته شده اند. از سوي ديگر، ضرايب شدت تنش شيارها مهم ترين پارامترهاي تعيين كننده در تشخيص شكست ترد سازه هاي شياردار محسوب مي شوند. بنابراين محاسبه ضرايب شدت تنش شيارها براي مهندسان و محققان از اهميت ويژه اي برخوردار است. از آنجا كه روش هاي موجود براي محاسبه ضرايب شدت تنش شيارها اغلب دشوار بوده و نياز به محاسبات پيچيده دارند، ارايه آن ها به صورت پارامترهاي بي بعد ارجحيت دارد. در اين مقاله، با استفاده از آناليز اجزا محدود و روش فرامعين، ضرايب شدت تنش قطعه مستطيلي-شكل شياردار تحت بارگذاري خمش سه نقطه اي به ازاي پارامترهاي مختلف هندسي و بارگذاري محاسبه شده است. سپس ضرايب به دست آمده به پارامترهاي بي بعدي به نام ضرايب هندسي شيار YIVتبديل شده و در قالب نمودارهايي مجزا ارايه شده اند. نشان داده شده است كه هر كدام از سه پارامتر زاويه دهانه شيار، طول شيار و فاصله نسبي دو تكيه گاه از يكديگر با مقدار YIV نسبت مستقيم دارند. طراحان و مهندسان مي توانند، بدون انجام محاسبات وقت گير، مستقيماً از نتايج اين مقاله براي محاسبه پارامترهاي شكست نمونه هاي مشابه استفاده نمايند.

Three-point bend (TPB) specimen is an important test sample in fracture study of notched components made from brittle materials like rocks and ceramics. On the other hand, the notch stress intensity factors (NSIFs) are vital parameters in brittle fracture assessment of V-notched structures. Therefore, computation of NSIFs in TPB specimens is of practical interest to engineers and researchers. Since the available methods for calculating NSIFs are often cumbersome and need complicated calculations, it is preferred to show them as a set of dimensionless parameters. In this research, by using a finite element approach called FEOD method, the stress intensity factors are determined numerically for notched TPB specimens having different geometry and loading conditions. The obtained values of NSIF are then converted to dimensionless parameters called notch shape factors YIV and are illustrated in a number of discrete figures. It is shown that each of the three parameters of: the notch opening angle, the notch length and the distance between the two supports has direct relation with YIV. The results presented in this paper can be used by designers and engineers for performing the necessary fracture experiments through the TPB specimen without needing complicated and time-consuming calculations.