بررسی تجربی و تئوری چقرمگی شکست مود 2 خالص برای قطعات نرم ترکدار با کرنش- سختی بالا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 علم و صنعت

2 گروه آموزشی هوافضا، دانشکده علوم و فنون نوین دانشگاه تهران

چکیده

هدف از این پژوهش، بررسی تجربی و تئوری چقرمگی شکست صفحات مربعی شیاردار همراه با پیش‌ترک مرکزی تحت بارگذاری مود 2 خالص است. این صفحات از فولاد ضد زنگ 316-ال با خاصیت چکش‌خواری و کرنش- سختی بالا، ساخته شده‌اند. به منظور تعیین تئوری چقرمگی شکست قطعات مورد نظر، از مفهوم ماده فرضی استفاده شده است. با استفاده از این مفهوم می‌توان بدون نیاز به تحلیل‌های پیچیده الاستیک-پلاستیک و تنها با بکارگیری تحلیل‌های مکانیک شکست الاستیک خطی، چقرمگی شکست مواد چکش‌خوار را پیش‌بینی کرد. به عبارت دیگر، براساس فرضیات مفهوم ماده فرضی می‌توان ماده ترد فرضی با خاصیت الاستیک خطی را جایگزین فولاد 316-ال کرد. سپس با ترکیب مفهوم ماده فرضی با معیارهای تنش میانگین، تنش میانگین تعمیم یافته، بیشینه تنش مماسی، بیشینه تنش مماسی تعمیم یافته، چگالی انرژی کرنشی و چگالی انرژی کرنشی تعمیم یافته، مقادیر چقرمگی شکست قطعات مورد نظر تخمین زده می شود. به منظور تایید مقادیر چقرمگی شکست تخمین زده شده، آز‌مون‌های شکست بر روی نمونه‌های آزمایشگاهی مورد نظر انجام شده است. مشاهدات تجربی نشان می‌دهد که این قطعات در آستانه رشد ترک، تغییر شکل پلاستیک زیادی را تجربه می‌کنند. مقایسه نتایج نشان می‌دهد که معیارهای ترکیبی بررسی شده می‌توانند بخوبی نتایج تجربی را پیش‌بینی کنند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental and theoretical assessment of mode II fracture toughness for cracked ductile specimens with high strain-hardening

نویسندگان [English]

  • Majid Reza Ayatollahi 1
  • Hadi Sadeghian 1
  • Ali Reza Torabi 2
2 Faculty of New Science and Technologies, University of Tehran
چکیده [English]

In this research, the fracture toughness of O-notched diagonally loaded square plate (DLSP) samples with pre-existing cracks is investigated theoretically and experimentally under pure mode II loading. These specimens are made of the stainless steel 316L, which is highly ductile and has great strain-hardening. For theoretical prediction of the fracture toughness of desired specimens, the Fictitious Material Concept (FMC) is employed. By using FMC, complex elastoplastic failure analysis can be avoided and by performing linear elastic analysis, the fracture toughness of DLSP specimens can be estimated. Based on the assumptions of FMC, the stainless steel 316L can be replaced with a virtual brittle material having linear elastic behavior. Then, by coupling FMC with mean stress, generalized mean stress, maximum tangential stress, generalized maximum tangential stress, strain energy density and generalized strain energy density criteria, fracture toughness of the cracked DLSP samples are estimated. To verify the estimated fracture toughness, several fracture tests are performed on DLSP specimens. Experimental observations reveal that these specimens experience significant plastic deformations at the onset of crack propagation. It is shown that combination of FMC with six linear elastic brittle fracture criteria is quite successful in predicting the crack growth instance in ductile DLSP specimens.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fictitious Material Concept
  • crack propagation
  • Mode II loading
  • Linear elastic fracture
  • Fracture Toughness