مطالعه عددی رشد ترک در محیط متخلخل: اثر پارامترهای تخلخل بیضی شکل

شکل و مکان تخلخل، تاثیر بسزایی بر رشد ترک در مواد متخلخل دارد. وقتی نمونه تحت تنش خارجی قرار می­گیرد، به دلیل تمرکز تنش در اطراف این تخلخل­ها، ترک­های کششی ایجادشده و با پیوستن آن ها به یکدیگر، شکست نهایی در نمونه به وجود می­آید. با توجه به مشکلات آزمایشگاهی جهت مطالعه رشد ترک در مقیاس تخلخل، محاسبات عددی این رفتارها راه­کار بسیار مناسبی برای دستیابی به درک صحیحی از نحوه ایجاد و رشد ترک در این مواد به شمار می­رود. ازاین رو، در سال­های اخیر استفاده از روش اجزا محدود توسعه یافته که در آن نیاز به مش­بندی مجدد ناحیه­ی اطراف ترک رفع شده، گسترش زیادی یافته است. بااین وجود به دلیل ساختار پیچیده فضای متخلخل، حتی در مدل­های عددی، شکل این تخلخل­ها اغلب به صورت دایره­ای در نظر گرفته می­شوند. در این پژوهش، تاثیر شکل، مکان و نحوه چیدمان تخلخل­های بیضی شکل بر رشد ترک به صورت عددی مدل سازی می­گردد. این تخلخل­ها در مقابل و جوانب ترک قرار داده شده و در هر مرحله نحوه توزیع تنش، تغییرات فاکتور شدت تنش و مقاومت بیشینه بررسی شده اند. نتایج نشان می­دهد که در صورت برابری اندازه تخلخل ها، در حالتی که تخلخل مقابل ترک و به شکل بیضی قائم باشد، اثر تخریبی آن حدود ۲۰ درصد بیشتر از تخلخل بیضی شکل افقی است. همچنین، هنگامی که تخلخل در جوانب ترک قرار دارد، با افزایش زاویه زاویه­ی بین محور افقی با راستای قطر بزرگ بیضی (α)، فاکتور شدت تنش از ۱ به ۹۴/۰ کاهش یافته و سبب کاهش انتشار ترک در نمونه­ی متخلخل می شود. در ادامه، با تعریف زاویه­ی زاویه بین محور افقی با خط واصل مراکز دو تخلخل به نام β، تاثیر شکل تخلخل و نحوه قرارگیری آن بر رشد ترک در مدل های پیچیده تر (مدل­های حاوی دو تخلخل بیضی شکل) مورد ارزیابی قرارگرفته است. با افزایش زاویه α و β از صفر به نود درجه، مقاومت بیشینه نمونه ۱۲/۱۸ درصد کاهش و مقدار تنش فون میسز از ۱۵۴/۰ به ۹۲۲/۰ مگاپاسکال افزایش می یابد. بااین حال، نتایج نشان دهنده­ آن است که تاثیر زاویه β در رشد ترک بیشتر از زاویه α است.

کلیدواژه ها:

محیط متخلخل ، رشد ترک ، روش اجزای محدود توسعه یافته ، شکل تخلخل ، نحوه چیدمان تخلخل