توابع صريح ضريب شدت تنش براي ترك هاي نيم بيضوي محيطي خارجي در استوانهتحت بارهاي مكانيكي وحرارتي

Explicit expressions of stress intensity factor for external semi-elliptical circumferential cracks in a cylinder under mechanical and thermal loads

در اين پژوهش، به بررسي ضريب شدت تنش مود اول ترك محيطي نيم بيضوي در سطح خارجي استوانه با نسبت شعاع به ضخامت 30 پرداخته مي ‌شود. اين استوانه ها در سكوهاي حفاري نيمه شناور كاربرد دارد. نخست بر اساس معادلات ترموالاستيسيته نيمه كوپل، ميدان تنش در استوانه اي تحت بارهاي حرارتي و مكانيكي استخراج مي شود. سپس، با استفاده از نتايج سه بارگذاري مرجع بر جبهه ترك، توابع وزن عميق ترين نقطه و نقاط سطحي ترك استخراج مي ‌شود. با استفاده از ميدان تنش ترموالاستيسيته و توابع وزن استوانه ترك دار، روابطي صريح براي ضريب شدت تنش اين نقاط استخراج مي شود. اختلاف ضريب شدت تنش حاصل از توابع وزن پيشنهادي با نتايج حاصل از روش اجزا محدود و نتايج تحقيقات ديگران در تطابق خوبي قرار دارد. اثرات اندركنش بارهاي حرارتي و مكانيكي در ضريب شدت تنش نيز مورد بررسي قرار مي گيرد. نتايج نشان مي‌ دهند كه ضريب شدت تنش بي بعد عميق ترين نقطه و نقاط سطحي ترك، با افزايش نسبت بار، به ترتيب كاهش و افزايش مي يابند.

In this study, the first mode of stress intensity factor of semi-elliptical circumferential crack in the outer surface of a cylinder with radius to thickness ratio of 30, is investigated. The cylinder is applied in semi-submersible drilling platforms. First, the stress field of the cylinder under thermal and mechanical loads is extracted based on semi couple thermo-elastic equations. Then, the weight functions are derived for deepest and surface points using three reference loads results. Explicit expressions of stress intensity factors for surface and deepest points are presented using thermo-elastic stress field and the weight functions of the cracked cylinder. The results obtained by proposed weight functions and those obtained by finite element method and those presented in the literatures have a good accuracy. The interaction effects of thermal and mechanical loads on the stress intensity factors are studied. The results show that with increasing load ratio, the dimensionless stress intensity factors of deepest and surface points, decrease and increase, respectively.