پيش بيني شكست شيارهاي V شكل با سوراخ انتهايي تحت بارگذاري مركب كششي- برشي با استفاده از معيار چگالي انرژي كرنشي

Fracture prediction of V-notches with end holes under combined tension-shear loading using the strain energy density criterion

شيارها يكي از ناپيوستگي‌هاي معمول در سازه‌هاي مهندسي مي باشند كه به جهت اهداف طراحي ايجاد مي گردند. در رابطه با شيارهاي V شكل موجود در قطعات از جنس ترد، به علت تمركز تنش بالا در همسايگي نوك شيار، ترك‌هاي ايجادشده در اين ناحيه بايد رفع و تعمير گردند تا از شكست ترد جلوگيري به عمل آيد. يكي از معمول‌ترين روش‌هاي تعميراتي، ايجاد يك سوراخ دايره‌اي در نوك شيار V شكل است. اين سوراخ، ترك را رفع نموده و هندسه شيار اوليه را به يك شيار V شكل با سوراخ انتهايي تغيير مي دهد. به علت تغيير هندسه، ظرفيت تحمل بار شيار جديد با شيار اوليه تفاوت خواهد داشت. لذا، براي تضمين ايمني سازه تعمير شده، بررسي شكست شيار جديد در برابر بارهاي وارده امري ضروري است. در تحقيق حاضر، ابتدا، نمونه آزمايشگاهي جديدي با نام ديسك برزيلي داراي شيار مركزي V شكل با سوراخ انتهايي و از جنس پلكسي گلاس جهت انجام آزمايش‌هاي شكست در دماي اتاق مد نظر قرار مي‌گيرد. بارهاي شكست تجربي ثبت‌شده و تعدادي داده جديد آزمايشگاهي در رابطه با شكست ترد شيارهاي V شكل با سوراخ انتهايي تحت بارگذاري مركب فراهم مي‌شود. سپس، براي پيش بيني بارهاي شكست تجربي، معيار چگالي انرژي كرنشي مد نظر قرار مي‌گيرد. از نتايج به دست آمده مشخص مي‌شود كه معيار چگالي انرژي كرنشي توانايي پيش بيني موفقيت‌آميز استحكام استاتيكي در نمونه‌هاي ‌ديسك برزيلي شياردار داراي زواياي مختلف دهانه شيار و شعاع‌هاي گوناگون نوك شيار را داراست.

Notches are one of the most common discontinuities in engineering structures that are created for engineering design purposes. Dealing with V-notches in components made of brittle materials, because of the presence of high stress concentration near the notch tip, detected cracks in this region should be removed and repaired to avoid brittle fracture. The most usual repair method is to drill a circular hole at the V-notch tip. Clearly, this hole removes the crack and changes the initial notch geometry to a V-notch with end hole. Because of changing the initial notch feature, the load-carrying capacity of the new notch would be different from the initial one. Therefore, in order to assure the safety of the repaired structure, fracture assessment of the new notch is necessary. In the present research, first, a new test specimen, called Brazilian disk containing central V-notch with end hole made of PMMA is considered for conducting fracture tests at room temperature and the experimental fracture loads are recorded. Some new test results are provided concerning brittle fracture in V-notches with end holes under mixed mode I/II loading. Then, to predict the experimental fracture loads, the strain energy density criterion is utilized. From the obtained results, it is shown that the strain energy density criterion could successfully predict the static strength of notched Brazilian disk specimens for different notch angles and various notch radii.