بررسی تجربی و عددی مود دوم شکست در نمونه‌های خمشی انتها ترک‌دار ناهم‌جنس (کامپوزیت/ فولاد)

Abstract

خطوط لوله فلزی عمدتاً در شرایط بهره‌برداری دچار خوردگی و آسیب می‌شوند که تعویض کامل بخش‌های آسیب دیده و یا جوشکاری موضعی آن‌ها گاهاً به لحاظ عملیاتی و یا اقتصادی امکان‌پذیر نبوده، از این‌رو، برای رفع خوردگی و آسیب‌های عملکردی ایجاد شده در خطوط لوله‌های فلزی، از روش تقویت موضعی با استفاده از کامپوزیت‌ها به عنوان یکی از راهکارهای کارآمد و مقرون به صرفه بهره گرفته می‌شود. اتصال لایه کامپوزیتی به زیرلایه فلزی در این روش، یکی از مهمترین پارامترهای طراحی می‌باشد. لذا استخراج پارامترهای مهم در محل اتصال، کمک شایانی به مهندسان در طراحی و پیشبینی زمان شروع و توسعه ترک بین‌لایه‌ای در فصل مشترک لایه کامپوزیتی به زیرلایه فلزی نموده است. از این‌رو، برای بررسی مود دوم شکست در این روش، به محاسبه‌ی تجربی و عددی نرخ رهاسازی انرژی کرنشی برشی بین‌لایه‌ای در اتصال فولاد/کامپوزیت پرداخته شده است. بر اساس استاندارد تجربی محاسبه نرخ انرژی کرنش مود دوم شکست ASTM-D7905، برای سه نمونه خمشی انتها ترک‌دار متقارن و نامتقارن آزمون تجربی انجام گرفته و رابطه‌ای برای محاسبه ضخامت هر جنس جهت داشتن نمونه‌های متقارن ارائه گردیده است. جهت اعتبار‌سنجی رابطه محاسبه ضخامت از مدل‌سازی اجزای محدود نمونه‌های خمشی انتها ترک‌دار ناهمجنس به روش بستن مجازی ترک، استفاده گردیده که نتایج آن با نتایج آزمایش تطابق خوبی نشان داده است. مقایسه نتایج تجربی حاصل شده در نمودار‌های نیرو– جابه‌جایی نمونه‌های متقارن و نامتقارن در حین رشد ترک، نشان داد که نرخ رهایی انرژی کرنشی مود دوم شکست نمونه‌های متقارن بیشتر از نمونه‌های نامتقارن و حدود 1.6 برابر آن است.