نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 کارشناس ارشد، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

در پژوهش حاضر، ابتدا تعداد 48 آزمایش شکست روی نمونه‌های آزمایشگاهی دیسک برزیلی دارای شیار مرکزی V شکل با سوراخ انتهایی از جنس پلیمر شبه ترد پلی متیل متاکریلات زیر بارگذاری ترکیبی کشش- برش و برای نسبت‌های ترکیب مختلف از کشش و برش انجام و بار شکست و زاویه شروع شکست از مرز شیارهای V شکل با سوراخ انتهایی به‌صورت تجربی اندازه‌گیری شد. سپس، دو معیار شکست ترد بر مبنای مفاهیم تخریب حداکثر تنش محیطی (MTS) و تنش متوسط (MS) به‌منظور پیش‌بینی بار شکست و زوایای شروع شکست نمونه‌های پلیمری توسعه یافته و نتایج آن‌ها در قالب نمودارهای شکست و زاویه شروع شکست ارائه شد. مقایسه نتایج تئوری با نتایج تجربی نشان داد که هر دو معیار با دقت بالایی قادر به پیش‌بینی چقرمگی شکست و زوایای شروع شکست در نمونه‌های پلیمری، به ازای ترکیب‌های مختلف کشش و برش بوده و نتایج هر دو معیار، تقریبا منطبق بر یکدیگر است.  

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Experimental and theoretical fracture analysis of quasi-brittle polymer components containing V-notches with end holes under combined tensile-shear loading

نویسندگان [English]

  • Alireza Torabi 1
  • Shahab Amininejad 2

1 Department of New Science and Technologies, University of Tehran, Tehran, Iran

2 Department of New Science and Technologies, University of Tehran, Tehran, Iran

چکیده [English]

In the present investigation, first, 48 fracture tests were conducted on the Brazilian disk specimens made of the quasi-brittle polymer Polymethyl-methacrylate and weakened by central V-notches with end holes (VO-notches) under combined tensile-shear loading with different mode mixity ratios. The fracture loads and the fracture initiation angles (FIAs) were experimentally measured. Then, two brittle fracture criteria were developed on the basis of the failure concepts of the maximum tangential stress (MTS) and the mean stress (MS) for predicting the experimental fracture loads and the FIAs, and the theoretical results were obtained in the form of the fracture curves and curves of  fracture initiation angle. A very good agreement was shown to exist between the theoretical and the experimental results. Moreover, it was found that both the criteria provide almost identical predictions to the experimental results.  

کلیدواژه‌ها [English]

  • V-notch with end hole
  • Fracture load
  • Fracture initiation angle
  • MTS criterion
  • MS criterion

[1] Ayatollahi, M. R. and Torabi, A. R., “Investigation of fracture in V-notched brittle polymers under pure shear loading”, Polym Sci Technol, Vol. 1, pp. 63-73, 2009.

[2] Zappalorto, M. and Lazzarin, P., “In-plane and out-of-plane stress field solutions for V-notches with end holes”, Int J Fract, Vol. 168, pp. 167-180, 2011.

[3] Lazzarin, P., Zappalorto, M. and Berto, F., “Generalised stress intensity factors for rounded notches in plates under in-plane shear loading”, Int J Fract, Vol. 170, pp. 123-144, 2011.

[4] Berto, F. and Zappalorto, M., “Fictitious notch rounding concept applied to V-notches with end holes under mode I loading”, Int J Fract, Vol. 171, pp. 91-98, 2011.

[5] Lazzarin, P. Berto, F. and Ayatollahi, M.R., “Brittle failure of inclined key-hole notches in isostatic graphite under in-plane mixed mode loading”, Fatigue Fract Eng Mater Struct, Vol. 36, pp. 1-14, 2013.

[6] Torabi, A. R., “Closed-form expressions of mode I apparent notch fracture toughness for key-hole notches”, J Strain Anal Eng Design, Vol. 49, No. 8, pp. 583-591, 2014.

[7] Torabi, A. R. and Pirhadi. E., “Stress-based criteria for brittle fracture in key-hole notches under mixed mode loading”, European J Mech A/ Solids, Vol. 49, pp. 1-12, 2015.

[8] Torabi, A. R. and Amininejad. SH., “Brittle fracture in V-notches with end holes”, Int. J. Damag Mech., Vol. 24, No. 4, pp. 529-545, 2015.

[9] Ayatollahi, M. R. and Torabi. A. R., “Investigation of mixed mode brittle fracture in rounded-tip V-notched components”, Eng Fract Mech, Vol. 77, pp. 3087-3104, 2010.