تحليل مود مختلط رشد ترك خستگي پنل‌هاي آلومينيومي حاوي ترك ترميم شده با وصله‌هاي كامپوزيتي به روش المان محدود توسعه يافته

Mixed mode fatigue crack growth analysis of cracked aluminium panel repaired with composite patches using extended finite element method

روش المان محدود توسعه يافته (XFEM) يكي از قوي‌ترين روش‌هاي عددي در مدل‌سازي ناپيوستگي بوده و بر پايه المان محدود مي‌باشد. در اين روش با غني‌سازي گره‌ها و افزايش درجات آزادي آن‌ها از 2 به 4 و حتي در شرايط خاص به 10 به‌طور مجازي و بدون نياز به تطبيق مش با هندسه ناپيوستگي، امكان مدل‌سازي فراهم مي‌شود. در المان محدود لزوم تطابق كامل لبه المان‌ها با لبه ترك، تغيير المان‌بندي در هر مرحله از رشد ترك را نيازمند است كه روند تحليل رشد ترك را با صرف وقت و محاسبات زيادي روبرو مي‌كند. يكي از اهداف اصلي در اين تحقيق بيان روشي نوين براي مدل‌سازي ساده‌تر رشد ترك خستگي و دستيابي به عمر سازه از طريق محاسبه ضرايب تمركز تنش مي‌باشد. با روش المان محدود توسعه يافته براي هر نوع ترك تنها با يك المان‌بندي ساده مي‌توان نتايج مورد نظر را با دقت بالايي محاسبه نمود. در اين تحقيق با قابليت المان محدود توسعه يافته در محيط نرم‌افزار آباكوس، مدل‌سازي مود تركيبي سه بعدي رشد واقعي ترك در ترميم نامتقارن پنل، انجام شده است. در اين روش تغييرات پارامترهاي شكست در راستاي ضخامت در لايه چيني‌هاي متفاوت بررسي شده است. نمونه‌ها در اين تحقيق شامل رشد ترك در مود تركيبي است. با بررسي نتايج XFEM حاصل از اين تحقيق و نتايج FEM و تجربي تحقيقات گذشته، مشخص شد كه نتايج روش XFEM خطاي كمتري نسبت به نتايج تجربي دارند.

Extended finite element method (XFEM) is one of the strongest numerical methods that its basis is finite element method. In this method, using of enriching the nodes and increasing of their degrees of freedom (from 2 to 4 or even upto 10) virtually and without verifying the mesh and geometry of discountinuty, can model the system. In FEM crack geometry must be align with mesh edges which needs changing meshes in every steps of crack propagation and take so much time and too many analysis. One of the main objectives in this study is the expression of a novel method for modeling fatigue crack growth more easily and achieve the life of the structure by calculating the stress concentration factors.  In this paper by using XFEM in ABAQUS, real 3D crack trajectory in single side repair has been simulated. Variation of fracture parameterin thickness direction of cracked panel with different patch layups has been studied. In this paper, tests include mixed mode crack propagation. By examining the XFEM results of this research, FEM and experimental results of previous studies, it was found that the results of XFEM in comparison to experimental results have less error.