ضرايب شدت تنش و مسير انتشار ترك تحت شرايط مد مركب

Stress intensity factors and crack propagation path under mixed mode conditions

استفاده از قوانين انتشار ترك بر اساس ضرايب شدت تنش جزء پركاربردترين روشهاي مهندسي مكانيك شكست است. مشخصه ضرايب شدت تنش به عنوان پارامترهاي مهم در تجزيه و تحليل شكست است. در تجزيه و تحليل شكست الاستيك، ضرايب شدت تنش به ميزان تنش نزديك به نوك ترك و ارائه اطلاعات اساسي در مورد نحوه انتشار ترك را مشخص مي كند. زماني كه بار گذاري و يا هندسه يك سازه حول ترك متقارن نباشد، پارگي در حالت مركب از بارگذاري رخ مي دهد، و ترك در يك خط مستقيم منتشر نمي شود. پس براي تعيين جهت جديدي از انتشار ترك استفاده از معيارهاي زاويه پيچ خوردگي لازم است. هدف از اين كار ارائه مدل عددي از انتشار ترك تحت شرايط مركب از حالت بارگذاري است. در هر ترك ميزان افزايش طول، زاويه پيچ خوردگي به عنوان يك تابع از عوامل شدت تنش ارزيابي شده است. اين پژوهش با هدف تعيين ضرايب شدت تنش براي مسئله انتشار ترك و تعيين مسير رشد آن تحت آناليز شكست الاستيك خطي است. محور اصلي اين پژوهش بررسي چگونگي رشد و انتشار ترك در يك صفحه تحت بارگذاري كششي و شرايط مد مركب مي باشد. برنامه المان محدود ANSYS و برنامه رشد ترك FRANC3D براي شبيه سازي رشد ترك و براي محاسبه تنش و ضرايب شدت تنش مورد استفاده قرار مي گيرد. با بررسي نتايج حاصل مشاهده شد، مسير رشد ترك از امتداد اوليه 45 درجه و همچنين ضرايب شدت تنش بدست آمده از تحليل با نتايج حاصل از روش تجربي، توافق خوبي دارند كه دقت و صحت روش استفاده شده در اين تحقيق را نشان مي دهد.

Use of crack propagation principles based on SIFs (stress intensity factors) is among the most common methods of fracture mechanic engineering. SIF is an important parameter in fracture analysis. In analyzing elastic fracture, SIF reveals the stress near the crack tip and substantial information about crack propagation. When loading or geometry of a structure is not symmetrical around a crack, rupture occurs with combined loading and the crack does not propagate on a straight line. Therefore, to determine the new direction of facture propagation use of twist angle criteria is necessary. The objective of this research was to propose a numerical model of crack propagation under combined loading conditions. In each crack with increased length the twist angle is assessed as a function of SIFs. This research aimed to determine SIFs for the crack propagation problem and to determine the crack development path through linear elastic fracture analysis. This study was primarily based on examination of the propagation and development of cracks on a plane under tensile loading and combined mode loading conditions. The ANSYS finite element software and FRANC3D crack propagation software were used to simulate crack propagation and to calculate the stress and SIFs