ارزيابي انتگرال J در صفحات داراي شيار U شكل ساخته شده از فولاد هدفمند باينيتي در حالت توقف‌گر و تقسيم‌گر شيار

J integral evaluation of U-notched bainitic functionally graded steel plates in notch arrester and notch divider configuration

در اين تحقيق يك نوع فولاد هدفمند باينيتي شامل فازهاي فريت، باينيت و آستنيت به روش ذوب دوباره سرباره اي توليد شد و با آزمون ريزسختي سنجي ويكرز و متالوگرافي محل لايه هاي مرتبه اي مشخص گرديد. سپس نمونه هايي با شيار U شكل در حالت توقف گر و تقسيم گر شيار، تحت آزمون خمش سه نقطه اي در مود اول بارگذاري قرار گرفت و اثر تغيير عمق شيار بر بار بحراني شكست و بر مقدار Jcr بررسي شد. همچنين مقدار انتگرال J در عمق هاي مختلف شيار در فولاد هدفمند و فولاد همگن در حالت بارگذاري ثابت محاسبه شد و ضمن بررسي تاثير عمق شيار، مقايسه اي بين مقدار انتگرال J در اين دو فولاد انجام گرفت. نتايج نشان دادند كه در حالت توقف گر شيار بيشينه بار بحراني شكست در فولاد هدفمند در آغاز ناحيه باينيتي صورت مي گيرد و مقدار Jcr به عمق و جنس ناحيه انتهاي شيار وابسته است اما در حالت تقسيم گر شيار تغييرات بار بحراني و Jcr روند يكنواختي مانند شيار در مواد همگن دارند و مقادير آنها در مقايسه با حالت توقف گر شيار كمتر مي باشد. در هر يك از حالت هاي مورد بررسي علاوه بر محاسبه انتگرال J به صورت تجربي، مقدار اين پارامتر براساس تيوري رايس و با استفاده از نرم افزار المان محدود آباكوس نيز محاسبه شده است. با مقايسه داده هاي حاصل از روش شبيه سازي و روش تجربي، تطابق خوبي بين اين دو مشاهده گرديد.

In the present study, the bainitic form (ferrite-bainite-austenite) of Functionally Graded (FG) steel has been produced using the Electro Slag Remelting (ESR) process. The position of each layer has been determined utilizing the Metallography and Vickers Hardness tests. In order to investigate the fracture behaviour of the U notched FGS specimens, the three point bending test configuration has been utilized. The fracture of the U notched specimens has been examined in the form of the notch arrester and notch divider. For the mode I loading case, the effect of the notch depth on the critical fracture load and Jcr value have been studied. In order to present the differences between the FG and homogeneous steels, the J values of them under constant load have been investigated. Moreover, the effect of the notch depth on the J values for the mentioned case have been studied. Results show that for the notch arrester type the maximum value of the critical facture load has been obtained when the notch tip is located at the beginning of Bainite phase. Results also show that the Jcr values are severely dependent on the material properties of the layers which are located at the front of the notch tip. Results show that for the notch divider type the response of the FG steel specimens is similar to the homogeneous ones. Also, in this case the variation of the Jcr with respect to the notch depth is negligible. The J value of each of the studied configurations was then computed using finite element approach based on Rice theory and a good agreement was observed between numerical results with the experimental ones.