بررسي مسير گسترش ترك در شيارهاي Vشكل نوك گرد تحت بارگذاري مركب I/II

Investigation of fracture trajectory in blunt V-notched specimens under mixed mode I/II loading

هدف از اين پژوهش، بررسي عددي مسير گسترش ترك در قطعات شياردار نوك گرد تحت بارگذاري مركب كششي – برشي ميباشد. براي اين منظور از دو روش المان محدود توسعه يافته و روشي موسوم به روش گام به گام استفاده مي‌شود. در روش اول، شكست از نوك شيار بر اساس مدل ناحيه چسبناك شروع و رشد ميكند. در اين راستا، يك رابطه خطي براي تابع نرمشوندگي در نظر گرفته شده است و پارامترهاي آن با استفاده از روابط علم مكانيك شكست براي قطعات ترك‌دار محاسبه مي‌شود. در روش دوم كه يك روش مرحلهاي و گام به گام است، زاويه شروع شكست در هر مرحله متناسب با معيار حداكثر تنش محيطي محاسبه ميشود و تركي در اين راستا به قطعه اضافه ميگردد. نتايج حاصل از تخمين مسير رشد شكست توسط اين دو روش، با نتايج حاصل از نمونه‌هاي آزمايشگاهي گرافيت مورد ارزيابي و مقايسه قرار ميگيرند. نتايج ارزيابيها نشان ميدهد كه اولاً هر دو روش قادر به تخمين مناسب از مسير گسترش ترك در قطعات گرافيتي هستند. ثانياً، روش گام به گام كه متكي بر مفاهيم معيار بيشينه تنش محيطي است، ميتواند تخمين دقيقتري از زاويه شروع شكست نسبت به روش المان محدود توسعه يافته ارايه كند.

In this paper, the fracture trajectory in blunt V-notched specimens under mixed mode loading is investigated by using two numerical approaches: 1) the extended finite element method (XFEM), 2) the incremental method. The first approach is an extended form of the finite element method in which the fracture takes place and grows according to the cohesive zone model. The second one is also an increment approach in which the fracture initiation angle for notched specimen is first determined according to the concept of the maximum tangential stress (MTS) criterion. Afterward, a small crack is added to the notched specimen along the fracture direction and then a new cracked specimen is generated. In the next step, the fracture initiation angle is calculated from MTS criterion and another small crack is again added to the cracked specimen. These steps are continued until the crack reaches to the back boundary. To evaluate these methods, the fracture paths of the rounded-tip V-notched Brazilian disk (RV-BD) specimens under mixed mode loading are predicted by both XFEM and incremental method. It is shown that the incremental method can provide estimates more accurately than XFEM for the fracture initiation angle of the notched samples. It is also demonstrated that both methods can predict the fracture trajectory in good agreement with the experimental results.