Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การวิเคราะห์ค่าความเข้มของความเค้นในแผ่น 2 มิติที่มีรอยร้าวโดยคำนึงถึงผลของการไม่ซ้อนทับกันของผิวรอยร้าว

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

Analysis of stress intensity factors for 2D cracked plates with non-overlapping crack surfaces

Year (A.D.)

2009

Document Type

Thesis

First Advisor

อัครวัชร เล่นวารี

Faculty/College

Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)

Degree Name

วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Degree Level

ปริญญาโท

Degree Discipline

วิศวกรรมโยธา

DOI

10.58837/CHULA.THE.2009.1446

Abstract

ในกลศาสตร์การแตกร้าวแบบยืดหยุ่นเชิงเส้น ค่าความเข้มของความเค้น (stress intensity factor, SIF) เป็นตัวแปรที่บ่งบอกถึงขนาดของสนามความเค้นบริเวณรอบปลายรอยร้าว จากงานวิจัยที่ผ่านมาพบว่า SIF จากการวิเคราะห์ที่ไม่คำนึงถึงผลของการไม่ซ้อนทับกันของผิว รอยร้าวอาจมีค่าตํ่ากว่าความเป็นจริงที่ปลายรอยร้าวด้านที่เกิดแรงดึงและมีค่าติดลบในปลายรอย ร้าวด้านที่เกิดแรงอัดในแผ่น 2 มิติที่มีรอยร้าวได้ ซึ่งค่า SIF ที่เป็นลบนั้น ในอีกความหมายหนึ่งคือ ผิวรอยร้าวทั้งสองซ้อนทับกันซึ่งไม่สามารถเกิดขึ้น ได้เนื่องจากรอยร้าวจะปิดก่อนโดยไม่เกิดการ แทรกกันของวัสดุ งานวิจัยนี้เสนอวิธีการวิเคราะห์ค่าความเข้มของความเค้นในแผ่น 2 มิติที่มีรอย ร้าวภายใต้แรงกระทำที่กระจายแบบโพลิโนเมียลโดยคำนึงถึงผลของการไม่ซ้อนทับกันของผิวรอย ร้าวด้วยวิธี weight function และวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ที่ใช้วิธี J-Integral และนำผลการวิเคราะห์ที่ ได้มาเปรียบเทียบกับการวิเคราะห์ที่ไม่คำนึงถึงผลของการไม่ซ้อนทับกันของผิวรอยร้าว โดยพบว่า ในกรณีแผ่น 2 มิติที่มีรอยร้าวภายใต้แรงดัดค่า SIF ที่คำนวณได้จากการคำนึงถึงผลของการไม่ ซ้อนทับกันของผิวรอยร้าวมีค่ามากกว่าค่า SIF ที่คำนวณโดยไม่คำนึงถึงผลของการไม่ซ้อนทับกัน ของผิวรอยร้าวในปลายรอยร้าวด้านที่รับแรงดึงอยู่ 9% สำหรับในกรณีแผ่น 2 มิติภายใต้แรง กระทำแบบโพลิโนเมียล หน่วยแรงกระทำที่เกิดขึ้น จริงที่แนวรอยร้าวมีค่าไม่เท่ากับหน่วยแรงที่ กระทำที่ขอบของแผ่น 2 มิติ ทั้งนี้พบว่าค่า SIF ที่ได้จากการวิเคราะห์โดยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์มีค่า ขึ้น อยู่กับอัตราส่วนความสูงและความยาว (h/W)(ของแผ่น 2 มิติและวิธี weight function เหมาะสมในการนำมาวิเคราะห์หาค่า SIF ได้ในกรณี h/W≥3 นอกจากนี้งานวิจัยนี้ ได้ศึกษา เปรียบเทียบการเปิดและปิดของผิวรอยร้าวระหว่างการวิเคราะห์ที่คำนึงถึงและไม่คำนึงถึงผลของ การไม่ซ้อนทับกันของผิวรอยร้าว

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

In linear elastic fracture mechanics, stress intensity factor (SIF) is a parameter that indicates the magnitude of singular stress field in the vicinity of the crack tip. Previous research studies showed that conventional analysis that allows crack surfaces to overlap may underestimate the SIF value at the tension-side crack tip of the 2D cracked plate and lead to negative SIF value at the compression-side crack tip. The negative SIF implies that the upper and lower crack surfaces overlap, which is physically unacceptable because of the impenetrability of a continuous material. This research presents the non-overlapping analysis of SIF for 2D cracked plates subjected to polynomial stress distribution based on the weight function method and finite element analysis based on the J-integral method. The non-overlapping SIF values are then compared with overlapping results. It was found stress distribution that SIF values from non-overlapping underestimate the SIF values from overlapping solutions about 9% at tension side crack tip in the case of bending. In the case of polynomial stress distribution, stress distribution on crack line is not equal to stress distribution on boundary. The finite element analysis showed that the SIF value for 2D cracked plates subjected to any combination of stress distribution relies on the plate aspect ratio (h/W). The chosen weight function was found suitable for the plates having the aspect ratio h/W greater than three. In addition, this research compares the crack opening displacement profiles between non-overlapping and overlapping analysis

Link to Full Text

Share

COinS