مدل‌ بررسي خواص مكانيكي ناحيه آسيب در مقابل نوك ترك مواد اورتوتروپيك

A model for investigation of damaged zone mechanical properties in crack tip vicinity of orthotropic materials

فرآيند شكست قطعات اورتوتروپيك، عموماً با پيدايش ناحيه‌اي تحت عنوان ناحيه آسيب (ناحيه فرآوري شكست) در نوك ترك همراه است. تعيين خواص مكانيكي اين ناحيه، مي‎تواند به پيش‌بيني ميزان و يا حتي جهت رشد ترك موجود در قطعات اورتوتروپيك كمك كند. اين ناحيه شامل انبوهي از ميكروترك‎ها است كه به دلايل متعدد، تحليل و بررسي فرآيند شكست در اين‎گونه مواد را بسيار دشوار كرده است و از طرفي باعث نوعي مقاومت در ناحيه آسيب مي‎شود كه اين عامل نيز مي‎تواند در بهبود خواص شكست ماده تاثير‎گذار باشد. تاكنون مدل‌هايي به ‌منظور تعيين خواص مكانيكي اين ناحيه ارايه‌شده است اما به دليل پيچيدگي‌هاي بسيار زياد اين ناحيه، نتايج حاصله به‌ درستي مبين رفتار اين ناحيه نبوده است. ضمناً مدل‌هاي موجود با روش هاي نوين تجربي و عددي مقايسه و صحت‎سنجي نشده است. در تحقيق حاضر مدلي جديد بر مبناي نتايج تجربي و عددي به منظور بررسي خواص مكانيكي ناحيه آسيب در مواد اورتوتروپيك ارايه ‌شده است. اين مدل برخلاف مدل‌هاي پيشين مي تواند با ارايه يك بازه براي مدول الاستيسيته، خواص مكانيكي اين ناحيه را براي حالت وجود يا عدم وجود برهم‎كنش بين ميكروترك‎ها تخمين بزند. همچنين به منظور كارايي بيشترِ مدل ارايه شده، اين مدل با روش‎هاي تجربي و عددي مقايسه و صحت‎سنجي شد.

Fracture phenomenon in orthotropic materials is generally associated with damaged zone (fracture process zone) in crack tip vicinity. Determination of mechanical properties in this region can help predict the value or even the direction of crack growth in orthotropic materials. This area contains a multitude of micro cracks which cause difficulties in analytical process of the region and also cause resistance in damaged zone that can affect the material fracture properties. So far, several models have been proposed to determine the mechanical properties of this region, however the results have not demonstrated the behavior of this region properly because of its immense complexity. Moreover, the existence methods have not been verified with new experimental and numerical data, yet. In the present research, a new approach based on experimental and numerical results is proposed to investigate the orthotropic damaged zone properties. This model, unlike previous models, can determine the mechanical properties of this region for the presence or absence of micro-cracks interaction among them by offering a range for effective elasticity modulus. For better efficiency the proposed model was also validated and compared with experimental and numerical results.