شكست ترد در نمونه‌هاي پليمري داراي شيار كليدي‌ شكل تحت بارگذاري مركب فشاري - برشي

Brittle Fracture in Key-hole Notched Polymer Specimens under Combined Compressive-shear Loading

شكست ترد پلي استايرن تحت بارگذاري فشاري- برشي با استفاده از نمونۀ ديسك برزيلي داراي شيار كليدي شكل به صورت تجربي و نظري مورد بررسي قرار گرفته است. نمونه‌هاي شياردار توسط پارامترهاي مختلف هندسي، يعني طول و شعاع نوك شيار مشخص شده است. دو مدل پي شبيني مبتني بر انرژي، يعني معيار چگالي انرژي كرنشي متوسط و چگالي انرژي كرنشي متوسط براساس مفهوم ضرايب معادل به منظور پيش بيني مقادير بار شكست تجربي قطعات پلي استايرني آزمايش شده ارائه شده است. به منظور مقايسه كلي، نتايج تجربي و نظري مقادير بار شكست برحسب شعاع نوك شيار براي هر حالت رسم شده است. علاوه بر اين، تجزيه وتحليل هاي مبتني بر حل اجزا محدود و همچنين مشاهدات تجربي نشان دادند كه اگرچه شكست ترد در نمونه هاي تجربي تحت بار فشاري- برشي از سمت نيروي اعمالي در شيار رخ مي‌دهد ولي همواره خط نيمساز شيار و سمت ديگر شيار تحت تنش‌هاي فشاري مي‌باشد. در واقع اين رخداد بيانگر مفهوم بارگذاري فشاري- برشي مي باشد. در نهايت، نشان داده شده است كه تطابق خوبي بين نتايج بار شكست تجربي و مقادير پيش بيني‌هاي نظري با استفاده از معيارهاي مبتني بر انرژي كرنشي وجود دارد.

In the present study, brittle fracture of the general-purpose Polystyrene (GPPS) is studied experimentally and theoretically under compressive-shear loading by using the Brazilian disk specimens containing a key-hole notch. The notched specimens are specified by different geometric parameters, i.e. the notch length and the tip radius. In this investigation, 84 fracture tests reported recently by the present authors are evaluated to assess the brittle fracture of key-hole notched specimens under compressive-shear loading. Two energy-based fracture models namely, the averaged strain energy density (ASED) and averaged strain energy density based on the equivalent factor concept (ASED-EFC) are proposed to predict the fracture loads of the tested GPPS specimens. The experimental and theoretical results are plotted for each case in the form of the fracture load versus the notch tip radius. Moreover, the analyses based on the finite element method as well as the experimental observations showed that although brittle failure in the test samples under compressive-shear loading takes place from the applied load side of the notch border by local tensile stresses, the notch bisector line and the other side of the notch border sustain compressive stresses. In fact this phenomenon states the concept of compressive-shear loading. Finally, it is shown that a good agreement exists between the experimental fracture load results and the theoretical predictions evaluated by using the two strain energy-based criteria.