بررسی اثر نیروی پیش بار پیچ و مهره بر T-stress در مود ترکیبی شکست

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده فنی مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

در این مقاله، اثر نیروی پیش بار پیچ و مهره بر روی مقاومت شکست و فاکتور شدت تنش مؤثر و مؤلفه ی ثابت تنش ماده ی پلی متیل متاکریلات در مودهای اول، دوم و ترکیبی شکست با زوایای مختلف، به صورت تجربی-عددی بررسی شده است. آزمایش های شکست بر روی چهار گروه از نمونه ی مستطیلی دارای ترک مرکزی با نسبت طول ترک بـه عـرض نمونـه ی 0.5، انجام شده است. گستره ی کاملی از ترکیب مودها از مود اول خالص تا مود دوم خالص با قرار دادن نمونه ها در یک فیکسچر آرکان اصلاح شده، ایجاد و نیروی شکست نمونه ها در شرایط بارگذاری مختلف به وسیله ی یک دستگاه کشش استاتیکی ثبت شده است. برای بررسی سازگاری نتایج به دست آمده با نظریه های شکست مود ترکیبی مرسوم، شبیه سازی اجزای محدود آزمایش های عملی برای تعیین فاکتورهای شدت تنش و T-stress صورت گرفته است. نتایج به دست آمده بیان گر اثر مثبت نیروی پیش بار پیچ بر مقاومت شکست نمونه های مورد آزمایش در تمامی زوایای بارگذاری می باشد. نتایج، همچنین نشان دهنده ی اثر قابل توجه نیروی پیش بار در افزایش مقدار T-stress و نقش مهم این کمیت در توجیه شکست ترد نمونه ها می باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigation of Bolt Clamping Force Effect on T-stress in Mixed Mode Fracture

نویسندگان [English]

  • T.N. Chakherlou
  • M.R. Aalami
  • H.N. Maleki
Department of Mechanical Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده [English]

As the cracks and notches in structures may exist in various angles with respect to the loading direction, crack growth and final fracture occur under combined condition of loading i.e. mixed mode fracture condition. Therefore, studying factors that affect material’s fracture strength under mixed mode loading is important. In this study, In order to investigate the effect of bolt clamping force, resulting from torque tightening, on fracture strength, stress intensity factors and T-stress of a rectangular center cracked specimen under mixed mode I/II loading condition, experimental and numerical studies have been carried out. Fracture experiments were conducted on four types of polymethyl methacrylate (PMMA) specimens with crack length ratio a/w of 0.5. Complete range of mode mixities from pure mode I to pure mode II was created by placing the specimens in a modified Arcan fixture and their fracture strength under different loading directions were obtained using a static tensile machine. To give explanations for the obtained results from fracture tests by using mixed mode fracture theories, finite element simulations of the experimental tests were performed to compute mode I and mode II stress intensity factors and also T-stress. The results revealed that bolt clamping force has positive effect on fracture strength of the specimens in all loading directions. Also it was shown that bolt clamping force has a considerable effect on increasing T-stress values.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Mixed Mode Fracture
  • Stress intensity factor
  • T-stress
  • Bolt clamping force
  • Arcan Fixture

مراجع

[1] M. Ayatollahi, M. Pavier, D. Smith, Determination of T-stress from finite element analysis for mode I and mixed mode I/II loading, International journal of fracture, 91(3) (1998) 283-298.
[2] T.N. Chakherlou, H.N. Maleki, B. Abazadeh, A.B. Aghdam, Investigating bolt clamping force effect on the mixed mode fracture strength and stress intensity factor for an edge crack in PMMA specimens, Materials Science and Engineering: A, 533 (2012) 71-81.
[3] T.N. Chakherlou, H.N. Maleki, A.B. Aghdam, B.Abazadeh, Effect of bolt clamping force on the fracture strength of mixed mode fracture in an edge crack with different sizes: Experimental and numerical investigations, Materials & Design, 45 (2013) 430-439.
[4] J.M. Minguez, J. Vogwell, Effect of torque tightening on the fatigue strength of bolted joints, Engineering Failure Analysis, 13(8) (2006) 1410-1421.
[5] H.E.M. Sallam, A.E.A. El-Sisi, E.B. Matar, O.M.El-Hussieny, Effect of clamping force and friction coefficient on stress intensity factor of cracked lapped joints, Engineering Failure Analysis, 18(6) (2011) 1550-1558.
[6] M. Williams, The bending stress distribution at the base of a stationary crack, J Appl Mech, 24 (1957) 109-114.
[7] F. Erdogan, G. Sih, On the crack extension in plates under plane loading and transverse shear, Journal of basic engineering, 85(4) (1963) 519-527.
[8] D. Smith, M. Ayatollahi, M. Pavier, The role of T-stress in brittle fracture for linear elastic materials under mixedmode loading, Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, 24(2) (2001) 137-150.
[9] A. Salazar, J. Rodr?guez, A. Segovia, A.B. Mart?nez,Influence of the notch sharpening technique on the fracture toughness of bulk ethylene-propylene block copolymers, Polymer Testing, 29(1) (2010) 49-59.
[10] A. Salazar, A. Segovia, A.B. Mart?nez, J. Rodr?guez,The role of notching damage on the fracture parameters of ethylene-propylene block copolymers, Polymer Testing, 29(7) (2010) 824-831.
[11] D. ASTM, 638-02:"Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics"-Annual Book of ASTM Standards,in, Philadelphia, 2002.
[12] A.M. APDL, Mechanical applications Theory reference,ANSYS Release, 13 (2010).
[13] M.R.M. Aliha, M.R. Ayatollahi, Geometry effects on fracture behaviour of polymethyl methacrylate, Materials Science and Engineering: A, 527(3) (2010) 526-530.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 49، شماره 2
مرداد 1396
صفحه 291-298

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار