رحمن سیفی

یکی از انواع ترک های مشاهده شده در سازه های مکانیکی، ترک های زیرسطحی بیضوی هستند. در این ترک ها، به دلیل عدم تقارن هندسی نسبت به سطح ترک، پدیده ترکیب مودهای شکست منجر می شود که تحت هر بارگذاری کششی و یا برشی، ترک هر سه مود شکست را تجربه می نماید. در این مطالعه، ضرایب شدت تنش در ترک زیرسطحی بیضوی ناشی از بارگذاری مرکب برشی و کششی با استفاده از نرم افزار فرنک تعیین شده و نتایج حاصل با روش تابع وزنی مقایسه گردید؛ برای این کار نمونه، در نرم افزار آباکوس مدل سازی و در فرنک تحلیل شد. این پروژه در دو بخش انجام گرفت؛ در بخش اول یک هندسه در حالت کلی تحت بارگذاری ترکیبی نرمال و برشی در نظر گرفته شد و ضرایب شدت تنش برای ترک زیرسطحی بیضوی در 4/0=α (نسبت قطر کوچک به بزرگ بیضی ترک) و 1، 5/0، 3/0=β (نسبت عمق به نصف طول ترک) هنگامی که ترک به صورت موازی، مایل و عمود بر سطح بارگذاری در زاویه های صفر تا 90 درجه با راستای محور افقی قرار دارد، محاسبه گردید. با توجه به عدم وجود تابع وزنی برای ترک های عمودی و نرمال، ضرایب شدت تنش هنگامی که ترک به صورت موازی با سطح بوده از هر دو روش تابع وزنی و اجزا محدود محاسبه و نتایج باهم مقایسه گردید. در بخش دوم برای کاربردی کردن تحقیق، ضرایب شدت تنش برای ترک زیرسطحی بیضوی موجود در ریل قطار در دو حالت بارگذاری، هنگامی که چرخ با کل ریل در تماس است و در حالتی که چرخ و ریل در ناحیه تماس بیضی هرتز باهم تماس برقرار می کنند، محاسبه گردید. در این بخش نیز ضرایب شدت تنش برای ضریب منظر 6/0 و 4/0، 2/0=α و نسبت عمق 1 و 8/0، 6/0=β و هنگامی که ترک موازی با سطح در زاویه های صفر،30، 60 و 90 درجه با راستای افقی قرار دارد، به دست آمده و نتایج با روش تابع وزنی مقایسه گردید. برای به دست آوردن ضرایب شدت تنش با روش تابع وزنی ابتدا این ضرایب را برای بارگذاری های نرمال و برشی محاسبه نموده و با استفاده از اصل جمع آثار نتایج برای بارگذاری ترکیبی به دست آورده شد. مقایسه نتایج، دقت بالا و میانگین خطای نسبی کمی را هنگامی که ترک دقیقاً زیر محل بارگذاری قرار می گیرد، نشان می دهد. با استفاده از روش تابع وزنی می توان ضرایب شدت تنش ترک زیرسطحی بیضوی را برای هر مقدار α و β دلخواه در بارگذاری ترکیبی برای ریل قطار و هر هندسه مشخص با سرعت و دقت بالا محاسبه نمود. نتایج حاصل نشان داد که با ا