بررسي تجربي و تئوري چقرمگي شكست مود 2 خالص براي قطعات نرم ترك‌دار با كرنش- سختي بالا

Experimental and Theoretical Assessment of Mode II Fracture Toughness for Cracked Ductile Specimens with High Strain-Hardening

هدف از اين پژوهش، بررسي تجربي و تئوري چقرمگي شكست صفحات مربعي شياردار همراه با پيش‌ترك مركزي تحت بارگذاري مود 2 خالص است. اين صفحات از فولاد ضد زنگ 316- ال با خاصيت چكش‌خواري و كرنش- سختي بالا ساخته شده‌اند. به منظور تعيين تئوري چقرمگي شكست اين قطعات، از مفهوم ماده فرضي استفاده شده است. با استفاده از اين مفهوم مي‌توان بدون نياز به تحليل‌هاي پيچيده الاستيك- پلاستيك و تنها با بكارگيري تحليل‌هاي مكانيك شكست الاستيك خطي، چقرمگي شكست مواد چكش‌خوار را پيش‌بيني كرد. به عبارت ديگر، براساس فرضيات مفهوم ماده فرضي مي‌توان ماده ترد فرضي با خاصيت الاستيك خطي را جايگزين فولاد 316- ال كرد. سپس با تركيب مفهوم ماده فرضي با معيارهاي تنش ميانگين، تنش ميانگين تعميم يافته، بيشينه تنش مماسي، بيشينه تنش مماسي تعميم يافته، چگالي انرژي كرنشي و چگالي انرژي كرنشي تعميم يافته، مقادير چقرمگي شكست قطعات مورد نظر تخمين زده مي‌شود. به منظور تأييد مقادير چقرمگي شكست تخمين زده شده، آز‌مون‌هاي شكست بر روي نمونه‌هاي آزمايشگاهي مورد نظر انجام شده است. مشاهدات تجربي نشان مي‌دهد كه اين قطعات در آستانه رشد ترك، تغيير شكل پلاستيك زيادي را تجربه مي‌كنند. مقايسه نتايج نشان مي‌دهد كه معيارهاي تركيبي بررسي شده مي‌توانند بخوبي نتايج تجربي را پيش‌بيني كنند.

In this research, the mode II fracture toughness of O-notched diagonally loaded square plate samples with pre-existing cracks which are made of stainless steel 316L with specifications of highly ductile behavior and great strain hardening is investigated theoretically and experimentally. For this purpose, several fracture tests are carried out on the pre-cracked specimens to determine the fracture toughness experimentally. The experimental observations and the load-displacement curves obtained from the fracture tests illustrate that the pre-cracked specimens undergo large plastic deformations at the onset of crack propagation. Afterward, the fictitious material concept is used to estimate the values of fracture toughness achieved experimentally. By using the fictitious material concept, the fracture toughness of pre-cracked specimens fabricated from stainless steel 316L could be estimated without the need for complicated and time-consuming elastic-plastic failure analysis and by performing only linear elastic analysis. For this purpose, the fictitious material concept is simply combined with mean stress, generalized mean stress, maximum tangential stress, generalized maximum tangential stress, strain energy density, and generalized strain energy density criteria. It is shown that the combination of fictitious material concepts with four linear elastic brittle fracture criteria is quite successful in predicting the mode II fracture toughness of ductile pre-cracked specimens.