مودهای شکست ترک سکه‌ای موجود در لایه محدود ایزوتروپ جانبی

Abstract

وجود ترک در محیط­های مختلف امری دور از انتظار نیست، از سویی دیگر توسعه روز افزون مواد کامپوزیتی توجه به اندرکنش ترک با محیط­های ناهمسانگرد را دوچندان کرده است. همچنین ایجاد و گسترش ترک در جامدات یکی از عوامل مهمی است که برای جلوگیری از آثار مخرب ترک روی محیط باید مورد بررسی قرار گیرد. با توجه به این موضوع که ترک ممکن است در معرض مودهای مختلف شکست قرار بگیرد، بررسی ترک تحت شرایط مرزی مختلف، کمک شایانی به پیش­بینی رفتار محیط دارای ترک می­کند. در این پژوهش به صورت تحلیلی مودهای مختلف شکست (بازشدگی، برشی و پارگی) ترک سکه­ای واقع در لایه ایزوتروپ جانبی بررسی شده است. در هر مود با نوشتن شرایط مرزی حاکم بر مساله و جایگذاری آن‌ها در معادلات حاکم بر محیط و تغییر متغیرهای مناسب، شرایط مرزی به معادلات انتگرالی دوگانه تبدیل می­شود. در نهایت با حل معادلات انتگرالی دوگانه، مسائل مورد بررسی هر کدام به یک معادله فردهلم نوع دوم که تابعی از شعاع ترک، ضخامت لایه و خواص محیط است، منتهی می‌شوند که به علت پیچیدگی، این معادلات دارای جواب تحلیلی نیست. در نتیجه با به کارگیری روش عددی مناسب معادلات حل شده و ضریب شدت تنش نوک ترک سکه­ای برای مودهای مختلف حاصل می­شود، نتایج شدت تنش برای مصالح مختلف ایزوتروپ جانبی بر حسب نسبت ضخامت لایه به شعاع ترک سکه­ای به دست آمدند. نتایج نشان‍دهنده آن هستند که ناهمسانی محیط تاثیر قابل توجهی روی ضرایب شدت تنش می­گذارد و اینکه همواره با افزایش ضخامت لایه به شعاع ترک ضریب شدت تنش در مودهای مختلف افزایش و این مقدار در ضخامت­های زیاد مستقل از نوع مصالح محیط به ضریب شدت تنش محیط بی‍نهایت میل پیدا می­کند.