عنوان پایان‌نامه
تعیین ضرائب شدت تنش در قطعات پلیمری دارای شیار V شکل ترک دار و بدون ترک با استفاده از روش بر هم نگاری تصاویر دیجیتالی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک طراحی کاربردی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2234;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 56063
- تاریخ دفاع
- ۲۷ تیر ۱۳۹۱
- دانشجو
- محمدرضا یادگاری دهنوی
- استاد راهنما
- ناصر سلطانی
- چکیده
- گسترش روزافزون استفاده از مواد پلیمری در سازه های مهندسی، نیاز به تعیین خواص و ویژگی های رفتار مکانیکی آنها را دوچندان کرده است. در این راستا تعیین پارامترهای شکست این مواد از جمله ضرائب شدت تنش از اهمیت خاصی برخوردار است. برای تعیین این پارامترها روش های مختلفی وجود دارند که روش برهم نگاری تصاویر دیجیتالی پیشروترین آنها می باشد. در این پروژه برای محاسب? تغییر شکل ها و کرنش ها، روش برهم نگاری تصاویر به کار گرفته شده است. به دلیل اینکه روش برهم نگاری در این پروژه برای اولین بار در کشور مورد استفاده قرار گرفته و تا قبل از این اطلاعاتی در مورد چیدمان آن در دسترس نبوده است، تعداد زیادی آزمایش برای شناخت و بررسی پارامترهای اپتیکی آن انجام شده است. در این تحقیق در ابتدا آزمایش های کیفی برای بدست آوردن میدان جابجائی کیفی و مقایس? شماتیک آن با حل المان محدود انجام شد. سپس آزمایشات متعددی برای کالیبراسیون و تعیین منابع خطا طرح گردید. برای اطمینان از صحت عملکرد روش، آزمایش های کمی جابجائی و چرخش صلب با مقادیر مشخص طراحی شد و در هر مورد منابع خطا مشخص گردید. برای شروع آنالیز در این روش دو پارامتر کلیدی انداز? زیر ناحیه و انداز? گام مورد نیاز می باشد که تاکنون هیچ روشی برای تعیین آنها ارائه نشده است و محقق بر اساس تجرب? قبلی می باید آنها را تعیین کند. در این پروژه تاثیر این دو پارامتر بر ضریب شدت تنش نهائی در نمونه های ترک دار دارای جواب تحلیلی و نمونه های دارای شیار V شکل بدون ترک بررسی گردید. این مطالعه نشان می دهد یک ناحیه یا فاصل? شعاعی از نوک ترک وجود دارد که در شعاع های بزرگتر از آن تغییر در پارامتر انداز? زیر ناحیه تاثیری در نتایج نهائی ندارد. بررسی اثر پارامتر هندسی عرض نمونه و طول ترک نیز نشان می دهد این پارامترها تاثیر ناچیزی در مقدار این شعاع دارند. همچنین مطالع? اثر پارامتر اپتیکی فاکتور مقیاس نشان می دهد رابطه ای نسبتا خطی بین این پارامتر و شعاع مورد نظر وجود دارد. در این پروژه از سه روش مختلف برای صحه گذاری نتایج استفاده شده است. در روش اول برای بررسی اثر پارامتر انداز? زیرناحیه، نمونه های ترک دار دارای حل تحلیلی تحت آزمایش قرار گرفته و نتایج با جواب تحلیلی مقایسه شده است. سپس اثر پارامترهای هندسی نمونه ها بر ضریب شدت تنش مورد مطالعه قرار گرفته است و با مقایس? نتایج با نتایج حل المان محدود صحه گذاری انجام گردیده است. همچنین اثر ترم های بالای معادل? ویلیامز بر همگرائی ضرائب شدت تنش نشان می دهد با افزایش زاوی? شیار، تعداد ترم های مورد نیاز کاهش می یابند. در انتها مقایس? نتایج بدست آمده با نتایج المان محدود و نیز گزارش تکنیکی ناسا ]108[ صحت روش و نتایج را تایید می کند.
- Abstract
- Developing the use of polymer material in engineering structures has increased the need for characterizing their material properties. Also determining fracture parameters like stress intensity factors has an important role on the study of their behavior. Among several methods of determining SIF parameters’ Digital Image Correlation (DIC) has gained considerable attention. In this research, DIC method is applied for obtaining displacement and strain fields. Since this method has been used in scientific community of Iran for the first time, a lot of experiments are done in order to recognize the set-up parameters. In order to obtain qualitative displacement fields and comparing them with those obtained from Finite Element Analysis (FE), qualitative experiments are done. Then several experiments are performed for set-up calibration and identifying error sources. To ensure the accuracy of the method, quantitative experiments are designed to determine a rigid body motion and rotation and sources of error are specified in each case. To begin the analysis, two key parameters of this method, i.e. subset size and subset spacing, are required which are not known in advance and should be determined by trial and error. In this study the effect of these two parameters on SIFs in cracked specimens with analytical solutions and V-notched specimens without crack are investigated. This study shows the existence of a region in front of the crack tip where out of this region, changing the subset size parameter has no effect on SIFs. Investigating specimen width and crack length shows that these parameters have negligible impacts on the size and radius of this region from crack tip. On the other hand, nearly linear relation between scale factor parameter and the extent of the region is observed. Furthermore three different methods were used in order to verify the results. In the first one, the experiment is performed using cracked specimens with analytical solutions for studying subset size effect on SIFs. Then the influence of geometrical parameters on SIFs was studied and the results were compared with those obtained from FEA and a good agreement is shown between results of the two methods. Also the effect of higher order terms of William’s equation on convergence of the results illustrates that the required number of William’s equation terms will decrease as the notches angles increase. Finally, comparing the results with those obtained from FEA and available literature verifies the accuracy of the method.
