عنوان پایان‌نامه
محاسبه ضریب شدت تنش در نمونه ی دیسک برزیلی به روش بر همنگاری تصاویر دیجیتالی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک طراحی کاربردی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2560;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 61141
- تاریخ دفاع
- ۱۹ شهریور ۱۳۹۲
- دانشجو
- محمد آب شیرینی
- استاد راهنما
- ناصر سلطانی
- چکیده
- مطالعه ی رفتار شکستی مواد به صورت تجربی از دیرباز حائز اهمیت بوده است، تاکنون روش های تجربی گوناگونی جهت بررسی اجسام دارای ترک ارائه شده است که در میان آنها روش برهم نگاری تصاویر دیجیتالی (DIC)، با توجه به کارایی و دقت بالا و چیدمان ساده تر طی سالیان اخیر مورد توجه قرار گرفته است. یکی از کاربردهای این روش، محاسبه ی ضرایب شدت تنش در اجسام ترک دار با استفاده از میدان جابجایی می باشد. توسعه ی روش DIC، و بررسی عملکرد آن در محاسبه ی ضرایب شدت تنش در اجسام دیسکی شکل هدف اصلی این پژوهش بوده است. در این مطالعه، نمونه¬ی دیسک برزیلی ساخته شده از ماده پلیمری PMMA با ترک مرکزی و تحت بار فشاری، جهت ایجاد شرایط مختلف مود شکست مورد استفاده قرار گرفت. با تغییر راستای بارگذاری نسبت به راستای ترک، شرایط مود I خالص، مود ترکیبی I/II، و مود II خالص ایجاد، و در هر مرحله ضرایب شدت تنش محاسبه شد. ابتدا صحت و دقت تجهیزات و الگوریتم برهم نگاری به وسیله ی آزمایش های کمی وکیفی مورد بررسی قرار گرفت. چیدمان آزمایش فراهم آمد و نمونه های آزمایشی آماده و مورد بارگذاری قرار گرفتند. خواص مکانیکی ماده ی پلیمری با انجام آزمایش تست کشش و محاسبه ی میدان کرنش بوسیله ی روش DIC بدست آمد. با اعمال روش برهم نگاری بر روی دیسک برزیلی، میدان جابجایی در حالت های مختلف بدست آمد و از طریق حل معادلات شکست ویلیامز، ضرایب شدت تنش محاسبه گردید. در ادامه، اثر پارامترهای مهم نظیر زاویه راستای ترک با راستای اعمال بار، و نیز نسبت طول ترک به قطر دیسک، بر روی ضرایب شدت تنش، مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین با تصویربرداری از نمونه ها در لحظه شکست و مقایسه آن با تصویر اولیه، چقرمگی شکست اجسام به صورت کاملاً تجربی و بدون نیاز به دانستن بار شکست، از روی میدان جابجایی اطراف ترک محاسبه گردید. ضریب شدت تنش بحرانی ( ¬IC) در بارگذاری مود اول خالص، و ¬1C و ¬2C در حالت ترکیب مود، به روش DIC محاسبه شد، و زاویه ی شروع رشد ترک در هر حالت مشخص گردید. با مقایسه ی نتایج بدست آمده از روش تجربی، با معیار شکست بیشترین تنش محیطی (MTS)، مشاهده شد که این معیار قادر به پیش بینی رفتار ماده ی ترد PMMA نیست، و معیار اصلاح شده ی (GMTS)، با اضافه کردن جمله ی تنش-T به معادلات شکست، توانایی جبران این نقص، و پیش بینی رفتار مواد ترد را داراست. واژه های کلیدی: برهم نگاری تصاویر دیجیتالی، رفتار شکست مود ترکیبی، ضرایب شدت تنش، نمونه ی دیسک برزیلی.
- Abstract
- Experimental Studying of the fracture behavior of material are considered as an important subject from past. Between several experimental methods which are brought up in order to analyze the cracked materials, digital image correlation because of its efficiency, high accuracy and simple set-up, is highly considered during last several years. Calculation of stress intensity factors in cracked material from displacement field is one of the most important applications of this method. Development of DIC and investigation of its performance in determination of SIFs in disk type specimen was the main purpose of this thesis. A centrally cracked Brazilian disk specimen carried out from PMMA polymer under compressive load, is used to create different types of fracture modes. Pure mode I, II, and mixed mode I/II of fracture is created by changing the angle between orientation of crack and direction of compressive load, and the SIFs is calculated in each step. First of all, the accuracy of correlation algorithm and experimental set-up is investigated by simple tests. Set-up was performed and specimens were located in test machine, material property of polymer is determined by standard tensile tests using DIC. Displacement field of Brazilian disk was determined, and then the stress intensity factors were calculated by solving Williams fracture equation. The effect of parameters like, angle between crack and load direction, and crack length to disk diameter ratio in SIF was also considered. In addition, by capturing the picture of specimen at the failure load and comparing it to the reference image, fracture toughness is calculated from displacement field. The critical SIF (KIC) in pure mode I, K1C and K2C in mixed mode is determined using DIC and crack initiation angle is also discovered in each step. By comparing the experimental results with maximum tangential stress criterion (MTS), it was observed that MTS criterion cannot predict the fracture behavior of PMMA brittle material and the modified criterion (GMTS) can compensate this defect by adding the term of T-stress in fracture equations. Keywords: Digital image correlation, mixed mode fracture mechanics, Stress intensity factor, Brazilian disk
