عنوان پایان‌نامه
تحلیل دینامیکی ترک خوردگی بین لایه ای در کامپوزیت ها به روش اجزا محدود توسعه یافته
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - سازه
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 2045;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 67758
- تاریخ دفاع
- ۱۳ اسفند ۱۳۹۳
- دانشجو
- آرمان افشار
- استاد راهنما
- سهیل محمدی توچائی
- چکیده
- تحلیل مسئله¬ی ترک¬خوردگی بین¬لایه¬ای در مواد کامپوزیت لایه¬ای تحت بارگذاری دینامیکی، در دو حالت ترک ایستا و ترک رشد¬کننده، هدف انجام تحقیق حاضر است. بدین منظور از تلفیق روش عددی اجزاء محدود توسعه یافته در مکان و روش انتگرال گیری نیومارک و گالرکین ناپیوسته در زمان جهت بررسی شکست دینامیکی استفاده شده¬است. از مزایای روش اجزاء محدود توسعه یافته در این تحقیق می توان به باز¬سازی دقیق میدان نوسانی اطراف نوک ترک بین لایه¬ای بدون احتیاج به المان¬بندی ریز، و عدم نیاز به المان بندی مجدد در هنگام رشد ترک اشاره کرد. همچنین با استفاده از انتگرال¬گیری زمانی گالرکین ناپیوسته و الگوریتم حفظ تعادل در هنگام رشد، پاسخ¬های بسیار پایداری برای مسائل حاوی ترک دینامیکی رشد¬کننده حاصل شده¬است. پارامتر¬های مختلف مکانیک شکست در حالت مود مرکب به روش انتگرال تداخلی و با استفاده از میدان کمکی وابسته به سرعت ترک محاسبه شده¬اند. همچنین، سرعت ترک با استفاده از معیار رشد ترک مناسب برای ترک¬های بین¬لایه¬ای و با بهره¬جستن از یک الگوریتم تکراری بدست¬ آمده¬است. این رویکرد عددی در قالب یک برنامه کامپیوتری پیاده¬سازی شده¬، و برنامه¬ی حاصل در طی مثال¬های متعدد، با مقایسه با داده¬های عددی و آزمایشگاهی، راستی آزمایی شده¬است. این مثال¬ها شامل بررسی دینامیکی ترک¬های بین¬لایه¬ای ایستا در کامپوزیت¬های دو و چند لایه¬ای دوسانگرد، و ترک-های بین¬لایه¬ای رشد کننده در کامپوزیت¬های دو لایه¬ای همسانگرد و دوسانگرد، همگی تحت بارگذاری ضربه¬ای، می¬باشد. نتایج عددی این مثال¬ها نشان می¬دهد که روش اجزاء محدود توسعه¬ یافته به همراه انتگرال¬گیری زمانی گالرکین ناپیوسته به خوبی و با دقت بالا توانایی پیش¬بینی متغیر-های دینامیکی مکانیک شکست در طول رشد ترک بین¬لایه¬ای را دارا می¬باشد.
- Abstract
- The aim of this thesis is to investigate the problem of dynamically loaded interface cracks in layered composite materials. To this end, the Extended Finite Element Method (XFEM) in space, and the Newmark and discontinuous Galerkin integration algorithm in time have been employed. XFEM has the capacity of exact reproduction of oscillatory interface crack tip field and does not require remeshing process in crack propagation. Moreover, using discontinuous Galerkin time integration and the balance of recovery method provides highly stable responses for problems with dynamic crack propagation. Mixed-mode fracture mechanics parameters have been derived utilizing the velocity dependent auxiliary fields. A proper criterion for dynamic interface crack propagation and an iterative algorithm have been used to determine the crack velocity. The described methodology is implemented in a computer program, which has been verified by comparing the examples with numerical simulations and experimental results. The examples include the analysis of stationary interface cracks in orthotropic bi-materials and multi-layered materials, and propagating interface cracks in isotropic and orthotropic bi-materials. Results of this work prove that XFEM combining with discontinuous Galerkin time integrator are able to accurately predict the dynamic fracture parameters of moving interface cracks.
