عنوان پایان‌نامه
تحلیل شکست نمونه های گرافیتی دارای شیار U شکل، تحت بارگذاری مدII خالص
- رشته تحصیلی
- مهندسی هوافضا - سازمان های هوافضایی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 61033;کتابخانه دانشکده علوم و فنون نوین شماره ثبت: 29
- تاریخ دفاع
- ۱۳ بهمن ۱۳۹۲
- دانشجو
- محمدعلی دربانی
- استاد راهنما
- علیرضا ترابی, مهدی فکور ثقیه
- چکیده
- انواع مختلف شیارها، به¬ویژه شیارهای U شکل، به وفور در اجزاء ماشین¬ها و سازه¬های مهندسی مورد استفاده قرار می¬گیرند. به دلیل تمرکز تنش در نزدیکی نوک این شیارها، ظرفیت تحمل بار قطعات شیاردار به شدت کاهش می¬یابد. بنابراین، وجود معیارهای خرابی مناسب برای پیش¬بینی شروع شکست در قطعات شیاردار امری ضروری است. شکست ترد یکی از مُدهای اصلی خرابی در قطعات شیاردار ساخته شده از مواد ترد می¬باشد. قطعات گرافیتی به دلیل قابلیت زیاد در تحمل دماهای بالا، به عنوان قطعات نسوز و سپر حرارتی در سازه های مهندسی، از جمله سازه های هوافضایی مورد استفاده قرار می گیرند. گرچه هدف اصلی از به کار بردن گرافیت در اینگونه سازه ها، تحمل تنش-های مکانیکی نیست، لیکن، این قطعات به دلیل اتصال به قطعات اصلی محافظت شونده، تحت تنـش های مکانیکی غیر مستقیم قرار می گیرند. به دلیل استحکام مکانیکی ضعیف گرافیت و تردی نسبتاً زیاد آن، شکست ناگهانی در آن بسیار محتمل بوده و این موضوع در حضور شیارها، بسیار جدی تر خواهد بود. لذا، بررسی شکست ترد در قطعات گرافیتی دارای شیار، به روش آزمایشگاهی و یا تئوری امری ضروری می باشد. در این پژوهش، ابتدا، نمونه های آزمایشگاهی دیسک برزیلی با شیار مرکزی U شکل از جنس یک نوع گرافیت صنعتی پلی کریستال، برای چهار مقدار مختلف شعاع نوک شیار، ساخته شده و آزمایش های شکست، تحت بارگذاری مُد II خالص انجام گرفت. سپس، مقادیر بار شکست نمونه ها، به مقادیر متناظر چقرمگی شکست شیار تبدیل شده و مجموعه ای از داده های آزمایشگاهی در این حوزه جمع آوری گردید. سپس، نتایج تجربی به دست آمده، به کمک یک معیار شکست موجود به نام معیار حداکثر تنش محیطی شیار (UMTS) و همچنین، یک معیار جدید بر مبنای مفهوم تنش متوسط شیار (UMS) پیش بینی شد. نشان داده شد که با وجود اندکی اختلاف بین نتایج پیش بینی های دو معیار، هر دو معیار ارائه شده، با دقت خوبی قادر به پیش بینی مقادیر چقرمگی شکست مُد II نمونه های گرافیتی می باشند. به علاوه، نشان داده شد که زاویه شروع شکست در نمونه های گرافیتی، به خوبی توسط هر دو معیار پیش بینی می شود.
- Abstract
- Different types of notches, particularly U-shaped notches are frequently used in the machine components and structural elements made of brittle or quasi-brittle materials like graphite. These notches can dramatically decrease the load-bearing capacity of components due to the concentration of stress at the vicinity of their tips. Therefore, an appropriate failure criterion is seriously required to predict the fracture initiation in the notched components. Brittle fracture is one of the major failure modes in U-notched components made of brittle materials. The ability to withstand against high temperature differences makes graphite components usable in different engineering applications such as particular aerospace structures as refractory and thermal barrier parts. Although the main purpose of employing graphite parts is not fundamentally to bear mechanical stresses, however, they are usually subjected to indirect mechanical stresses transferred from adjacent components. Due to poor mechanical properties and high brittleness of the most graphite materials, sudden fracture is very likely failure mode in such materials, particularly when containing stress concentrators like notches. Therefore, the brittle fracture of notched graphite components should be investigated experimentally and/or theoretically. In this thesis, first, Several U-notched Brazilian disc specimens made of type of commercial polycrystalline graphite were fabricated for four different notch tip radii and utilized for conducting pure mode II fracture tests. Then experimentally recorded fracture loads were converted to the corresponding values of the notch fracture toughness. Finally, the experimental results of mode II notch fracture toughness and fracture initiation angle were predicted by means of an existing U-notched maximum tangential stress (UMTS) and a newly-proposed U-notched mean stress (UMS) criteria. It was found that both the criteria, with only small difference, could predict the test result successfully.
