Doprinos eksperimentalnom određivanju karakteristika pukotina u mehanici loma

Husnjak, Mirko (1997) Doprinos eksperimentalnom određivanju karakteristika pukotina u mehanici loma. = Doctoral thesis , Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje, UNSPECIFIED. Mentor: Jecić, Stjepan.

Full text not available from this repository.

Abstract (Croatian)

Mehanika loma, koje se temelji na principu singularnosti naprezanja kao kriterijem nestabilnog sirenja pukotina i koeficijentima intenzivnosti naprezanja kao mjeri tog singulariteta, uvijek je tražila metode za njihovo određivanje. Sve je veći broj analitičkih i numeričkih metoda koje su se razvile u zadnjih je nekoliko godina usporedo s razvojem računala, ali uvijek je ostala potreba za eksperimentalnom provjerom rezultata proračuna. \Neposredna primjena fotoelasticimetrije za određivanje koeficijenata intenzivnosti naprezanja (KI\N) trail drugačiji pristup od uobičajenih fotoelasticimetrijskih metoda. Fotoelastični efekt u blizini vrška pukotine uvijek je pod utjecajem plastičnih deformacija, grešaka u modeliranju pukotina i optičkih nepravilnosti uzrokovanih kaustikom, iii pak samo činjenicom da je zona oko vrška pukotine premala za točno mjerenje. To je posebno točno kod trodimenzionalnih modela s pukotinom kod kojih se koristi metoda zamrzavanja naprezanja. Povećanje točnosti mjerenja koeficijenata intenzivnosti naprezanja nije samo pitanje tehnike mjerenja, nego također ovisi o odradi rezultata mjerenja. Brojne su metode razvijene u prošlosti, počevši od rada Wellsa i Posta i od Irwinove diskusije o tom radu. Te se metode mogu podijeliti prema broju i vrsti mjernih podataka, kao i prema razlici između broja mjernih podataka i broja nepoznatih koeficijenata koji opisuju raspodjelu naprezanja na (a) metode pojedinog luka izokrome, (b) metode prikupljanja podataka iz određenih područja u blizini vrška pukotine i (c) metode cijelog polja izokroma. S porastom mogućnosti računala (današnji PC je brzi od velikih računala od prije nekoliko godina) i sistema za prikupljanje podataka (digitalizacija i obrada slika) mogu se postaviti točniji matematički modeli za raspodjelu naprezanja oko pukotine, a mogu se i upotrijebiti i složeniji programi za obradu podataka mjerenja. Ali bez ispravnog razvoja metoda to uvijek ne znaci i točnije rezultate mjerenja. Cilj ovog rada je razvoj metode za određivanje parametara mehanike loma s korištenjem podataka iz cijelog polja izokroma sa svrhom povećanja točnosti mjerenja. Metode određivanja koeficijenata intenzivnosti naprezanja koje se temelje na jednadžbama raspodjele naprezanja u neposrednoj blizini vrška pukotine nisu uvijek odgovarajuce. Dodatne informacije koje mogu povećati točnost analize sadržane su u utjecaju nesingularnih članova u matematičkom modelu polja naprezanja. Da bi se iskoristili ti članovi raspodjela naprezanja je u ovom radu opisana jednadžbama koje su sredili Alturi i Kobayashi, a u matematičkom modeliranju raspodjele naprezanja upotrebljeni su i nelinearni članovi. Korištenjem ovog modela područje prikupljanja podataka prošireno je i izvan područja iz neposredne blizine vrška pukotine. Temelj metode je korištenje jednadžbi izokroma zapisanih u obliku reda s nepoznatim koeficijentima (uključujući i koeficijente (KI, Ka, cox). Korištenjem statističkih metoda regresivne analize određeni su nepoznati koeficijenti tako da matematički model najtočnije opisuje izmjerene veličine. \Na kraju rada je prikazano nekoliko eksperimenata sa svrhom verifikacije metode. Ovi eksperimenti uključuju dvodimenzionalne kao i trodimenzionalne modele. Također su opisane metode izrade modela, opterećivanja, zamrzavanja naprezanja, određivanja vrijednosti izokroma i obrade podataka mjerenja. Eksperimentalni su podaci uspoređeni s rezultatima poznatim iz literature kao i s analiti6kim rezultatima kada je to bilo moguće. U nekim je slučajevima napravljena i analiza konačnim elementima (programom FrAnC2D i FrAnC3D) radi usporedbe. U cijelom je radu korišten programski paket Mathematica 3.0 (Wolfram Research) za analitičke i numeričke proračune.

Abstract

Based upon the concept of stress field singularity which controls catastrophic crack extension, and stress intensity factors (SIF) as a measure of this singularity, fracture mechanics is always seeking for the new methods for SIF determination. The increasing number of analytical and numerical methods, together with a development in a computer technology, is introduced in the past few years, but experimental verification of this results are often necessary. A direct application of photoelasticity for SIF measurement is looking for a different approach then usual photoelastic measurements. The photoelastic effects in a vicinity of a crack tip is always shadowed by the influence of a plastic deformation, crack modeling errors, optical deformations caused by caustic effect, or the fact that this zone is too small for accurate measurements. This is especially true in three dimensional fracture models were stress freezing method is used. Increasing the accuracy of stress intensity factor measurements is not only the question of measurement technique, but also depends upon data reduction methods. A number of methods were developed in the past, starting with the paper of Wells and Post and Irwin and Irwin discussion of this paper. This methods can be divided by the number and type of measurement data, and a difference between a number of data points and a number of unknown coefficients for stress distribution determination (a mathematical model of isochromatic fringe pattern) into: (a) single loop methods, (b) specific region data collection and (c) full field data collection. With an increase in computer power (today's PC is faster then a main frame computer few years ago) and data acquisition systems (image digitalization and processing), a better mathematical model for stress distribution around crack tip and more sophisticated software can be used for data processing. But without a critical evaluation of a method this does not always mean a more accurate result. The objective of this thesis research is to develop a method for determining fracture parameters with full field photoelastic fringe pattern analysis in order to increase the accuracy of SIF measurements. Methods for determining ST from full field fringe patterns which are based on the near-field equation for the stresses are not adequate. Additional information which can be used to increase accuracy of the analysis is contained in the influence of the nonsingular terms in a mathematical model of a stress field. In order to use this terms the stress distribution used in this work is based on Alturi-Kobayashi equations for stress components, and a nonsingular terms are used in modeling of the isochromatic fringe pattern. By using this model a data acquisition region is not restricted to the near crack tip region. The basis of the method is to use the fringe equation in a form of series with unknown coefficients (KI, KII, a0 , etc.). A statistical regression method (nonlinear data fit) is used to determine this coefficient from optical measurements. A number of experimental verification of a method is presented on the end of this work. This experiments include two dimensional as well as three dimensional models. Methods for manufacturing models, loading, stress freezing, determining fringe values and data processing are described. Experimental results were compared with the results from literature, and with analytical results when possible. In some cases a FEM analysis was performed with finite element method (program FrAnC2D and FrAnC3D) for comparison. Through this work a Mathematica 3.0 by Wolfram Research was used to perform analytical as well as numerical computations.

Item Type: Thesis (Doctoral thesis)
Uncontrolled Keywords: mehanika loma; fotoelasticimetrija
Keywords (Croatian): fracture mechanics; photoelasticity
Divisions: 200 Department of Engineering Mechanics > 220 Chair of Experimental Mechanics
Date Deposited: 22 Sep 2014 18:00
Last Modified: 16 Oct 2015 13:20
URI: http://repozitorij.fsb.hr/id/eprint/120

Actions (login required)

View Item View Item

Nema podataka za dohvacanje citata