چکیده: مدل کردن انتشار ترک به روش اجزا محدود تحت شرایط مختلف بارگذاری از اهمیت فوق العاده ای در مکانیک شکست برخوردار است. در این مقاله با استفاده از علم مکانیک شکست الاستیک خطی فرآیند رشد ترک، بر اساس معیار حداکثر تنش اصلی که توسط ضرایب شدت تنش بیان می شود، تحلیل می شود. همچنین در این مقاله روشی برای تصحیح جهت انتشار ترک در آنالیز اجزا محدود بیان شده تا بتوان در تحلیل های مختلف یک مساله با در نظر گرفتن پیشروی های متفاوت ترک، در نهایت مسیر ترک واحدی بدست آورد. در هر مرحله از پیشروی ترک جهت تحلیل ناحیه تنش منفرد نوک ترک از المان های خاصی در روش اجزا محدود استفاده می شود. نتایج چنین تحلیلی برای چندین مدل با هندسه های مختلف آورده شده است.

مدل کردن انتشار ترک به روش اجزا محدود تحت شرایط مختلف بارگذاری از اهمیت فوق العاده ای در مکانیک شکست برخوردار است. در این مقاله، با استفاده از علم مکانیک شکست الاستیک خطی، فرآیند رشد ترک بر اساس معیار حداکثر تنش اصلی که توسط ضرایب شدت تنش بیان می شود، تحلیل می گردد. همچنین، روشی برای تصحیح جهت انتشار ترک در آنالیز اجزا محدود بیان شده تا بتوان در تحلیل های مختلف یک مساله با در نظر گرفتن پیشروی های متفاوت ترک، در نهایت مسیر ترک واحدی به دست آورد. در هر مرحله از پیشروی ترک، جهت تحلیل ناحیه تنش منفرد نوک ترک از المان های منفرد در روش اجزا محدود استفاده می شود. نتایج چنین تحلیلی برای چندین مدل با هندسه های مختلف آورده شده است.

طراحی، ساخت و نصب سازه های دریایی با توجه به شرایط خاص منطقه اجرا شده و بارهای وارد بر آن ها، در زمینه پیشرفته ترین مسائل مهندسی قرار دارد و امروزه پژوهش های بسیاری در زمینه های مختلف آن، تحت بارهای ناشی از موج و جریان های دریایی انجام گرفته است. یکی از اصلی ترین مسائل در طراحی سکوهای دریایی بروز پدیده خستگی در اتصاالت است، آنالیز خستگی به روش های مختلف از جمله روش طیفی و قطعی و تعیین عمر خستگی سکو را ضروری می سازد. با توجه به ماهیت تکراری بارهای ناشی از امواج، اعضای لوله ای سازه که با اتصاالت جوشی به یکدیگر متصل شده اند، در معرض تنش های تکراری قرار گرفته و در صورت تداوم بارگذاری، گسیختگی ناشی از خستگی در آن ها محتمل می باشد. این اتصاالت به دلیل شکل خاص هندسی دارای نقاط با تمرکز تنش باال می باشند که بسیار مستعد بروز پدیده خستگی بوده و به همین دلیل تحلیل خستگی اتصاالت سازه به عنوان ضعیف ترین نقاط در برابر خستگی، یکی از عوامل مهم در طراحی سکوها به شمار می رود. در این پژوهش به مبحث تحلیل گسترش ترک بر اثر خستگی در اتصاالت سکوهای ثابت فلزی فراساحلی پرداخته شده و از سکوهای موجود در منطقه خلیج فارس استفاده گردیده است که همانند سکوی 15 SPD واقع در منطقه پارس جنوبی می باشد. جهت تهیه مدل از نقشه های شرکت ملی نفت ایران استفاده گردیده و نیروی امواج درجهات اصلی به سازه وارد شده و تحلیل گسترش ترک انجام می شود. همچنین جهت مدل سازی از نرم افزار آباکوس که یک برنامه اجزای محدود است استفاده گردیده است.

اجرای سد بتنی پشت بند دار لتیان در سال 1346 به پایان رسید. بر اساس نتایج دستگاههای ابزار دقیق سد تا سال 1349 در وضعیت مناسبی قرار داشته و جابه جایی آن در حد معقولی بوده است، برای اولین بار در مرداد ماه 1349 ترک هایی با امتداد قام در پشت بند 11/10سد ظاهر شدند. این ترک ها در هر دو دیواه اتاقک دریچه واقع شده اند و از لحاظ رقوم ارتفاعی از تراز تاج سد تا کف اتاک دریچه امتداد یافته اند. عملیات علاج بخشی این ترک ها در زمستان 1349 با تزریق اپوکسی انجام شد، ولی به علت از بین نرفتن علت اصلی مولد ترک این ترک ها مجددا در تابستان 1350 باز شدند. اندازه گیری روند بازشدگی ترک ها نشان می دهد که ترک ها دارای روند باز و بسته شدن نسبت به تغییرات فصلی دما می باشند. با توجه به این تغییرات منظم باز شدگی ترک با دمای محیط و با در نظر گرفتن محل وقوع ترک ها به نظر می رسد که تغییرات فصلی دما مولد ترک در بلوک 11/10 بوده است. در این مقاله، آنالیز اجزا، محدود ترک خوردگی و گسترش آن در پشت بند 11/10 سد لتیان، با استفاده از مدل ترک پخشی و بر اساس مفاهیم مکانیک شکست غیر خطی، جهت بررسی مساله ترک خوردگی در آن تحت اثر اعمال بارهای استاتیکی انجام شده است.در ابتدای با انجام تحلیل انتقال حرارت، توزیع درجه حرارت در بدنه سد در فصول سرد و گرم سال به دست می آید. در ادامه، با اعمال ترکیبات مختلف بارهای استاتیکی بر بدنه سد، بارگذاری مولد ترک تعیین می گردد. در مرحله بعد تحلیل استاتیکی غیر خطی تحت اثر بارگذاری سیکلی حرارتی انجام می شود و بارها به ترتیبی که بر سد اعمال شده اند، بر مدل اعمال می شوند. نتایج تحلیل ها نشان می دهد که نتایج به دست آمده پس از اعمال چند سیکل بارگذاری حرارتی به صورت پایا درآمده و با افزایش سیکل های بارگذاری، اختلاف قابل توجهی در نتایج ایجاد نمی شود. بدین ترتیب با افزایش سیکل های بارگذاری الگوی ترک تغییر نمی کند. بنابراین با اعمال بارهای استاتیکی ترک ایجاد شده گسترش نخواهد یافت و سد به خطر نخواهد افتاد.

در سالهای اخیر فوالدهای نیتروژن دار به دلیل داشتن خواص خوبی از استحکام و انعطاف پذیری مورد توجه محققان و متخصصان صنعتی قرار گرفته است. شناسایی خواص مکانیکی فوالدهای نیتروژن دار به منظور استفاده از این آلیاژها با قابلیت اطمینان باال در تجهیزات مختلف از اهمیت باالیی برخوردار است. در این میان توانایی مقاومت ماده در برابر اشاعه ترک، از پارامترهای مهم به شمار می رود. هدف از این پژوهش، شبیهسازی اشاعه ترک در نانوکریستال آلیاژی آهن-نیتروژن میباشد. امروزه علوم نانو و شبیهسازیهای رایانهای در مقیاس مولکولی، به یکی از پرطرفدارترین موضوعهای موردمطالعه در دنیا مبدل شده است. یکی از روشهای عددی در ابعاد نانومتری، روش شبیهسازی دینامیک مولکولی است، که معینترین روشِ حل سیستمهای مولکولی از بین روشهای موجود است. در تحقیق حاضر، سیستم کریستالی آهن-نیتروژن با اعمال تابع پتانسیل تصحیحشده اتم محاط شده )MEAM )و پارامترهای مربوط به آلیاژ آهن-نیتروژن شبیهسازی میشود. ریزساختار و همچنین مسیر رشد ترک در نانوکریستال مورد مطالعه، تحت بارگذاری کششی با مقدار سرعت ps /Å 8. 0 در دمای 300K مورد بررسی و تحلیل قرار میگیرد. نتایج نشان میدهد که با افزایش کرنش و در نتیجه ایجاد تنش در نمونه ها، تغییر شکل پالستیک از نوک ترک به دلیل ایجاد تمرکز تنش در آن شروع می گردد. با افزایش بیشتر تنش حفره هایی در ساختار جوانه زده و به سمت ناحیه پیشروی رشد ترک اولیه اشاعه پیدا میکند. سرعت رشد ترک با افزایش طول ترک افزایش مییابد مقادیر تنش در هر سه جهت کریستالی ابتدا دارای رفتار غیرخطی و سپس رفتار خطی میباشند که ناشی از تغییر جهت رشد ترک در طول زمان شبیهسازی میباشد.

در نمونه زغال سنگ ترد حاوی ترک تحت بار فشاری، اولین ترک ایجاد شده ترک باله ای است که تحت نیروی کششی به وجود می آید. پس از آن به ترتیب ترک صفحه ای و مورب شکل گرفته که حاصل از نیروی برشی است. در این پژوهش جهت بررسی مسیر رشد انواع ترک و مقدار نیروی لازم جهت ایجاد آن از یک روش المان گسسته مبتنی بر مدل پیوند موازی خطی (LPBM) استفاده شده است. نتایج مدل های عددی با بررسی بار وارد بر نمونه زغال سنگ حاوی ترک از پیش موجود نشان داده است که میانگین مقدار نیروهای نرمال برای شکستن پیوند در ترک باله ای حدود 11 و 30 درصد در ترک مورب و هم صفحه است و همین مقدار پایین نیروهای نرمال دلیلی بر رشد ترک باله ای کششی در نمونه است. مقدار نیروی برشی لازم برای غلبه بر پیوند موازی ذره ها در ترک مورب و هم صفحه به ترتیب حدود 5/7 و 5/3 برابر ترک باله ای است و برای رشد ترک لازم است پیوند برشی بین ذره ها در مسیر ترک مورب و هم صفحه شکسته شود. میانگین نیروی برشی لازم برای شکستن پیوند در مسیر ترک هم صفحه حدود 47 درصد در مسیر ترک مورب است، و این موضوع باعث می شود ترک هم صفحه سریع تر از ترک مورب شکل بگیرد. تا قبل از مقاومت اوج نمونه ترک باله ای نسبت به بقیه ترک های ثانویه بیشترین طول را دارد و این موضوع سبب به هم پیوستن ترک های از پیش موجود در لایه های زغال سنگ با استفاده از ترک باله ای می شود.

با افزایش سن، نگرانی های بیش تری در رابطه با توانایی بافت های سخت مانند دندان در برآورده کردن نیاز های روزمره به مدت طولانی تر وجود دارد. ویژگی قابل توجه میکرو ساختار عاج دندان در وجود لوله های استوانه ای کوچک به نام لوله های عاجی است که تاثیر به سزایی در رفتار و خصوصیات مکانیکی از جمله مکانیک شکست آن دارد. افزایش سن منجر به پر شدن تدریجی لوله های عاجی می شود. در این مقاله با در نظر گرفتن میکروساختار عاج دندان به صورت مواد مرکب فیبری، به بررسی تاثیر میکروساختار و تاثیر تغییرات میکروساختاری ناشی از افزایش سن روی رفتار شکست و مسیر رشد ترک با استفاده از تئوری مکانیک شکست الاستیک خطی و روش تحلیل اجزای محدود پرداخته شده است. نتایج بیان گر آن است که مسیر رشد ترک علاوه بر هندسه ی ریزساختار عاج دندان، به خواص مواد اجزای سازنده ی آن و آرایش لوله های عاجی وابسته است. هم چنین نتایج ما نشان دهنده ی آن است که لوله های عاجی توپر ناشی از افزایش سن، نقش اساسی در مسیر رشد ترک ایفا می کنند و به عنوان دفع کننده ی رشد ترک محسوب می شوند.

در این مطالعه به بررسی چگونگی رشد خودکار ترک به عنوان یکی از مسایل پیچیده عددی در مکانیک شکست پرداخته می شود. در این مطالعه برای فایق آمدن بر نواقص روش اجزای محدود استاندارد در مدلسازی ترک و رشد آن از روش اجزای محدود توسعه یافته (XFEM) استفاده شده است. در مطالعه حاضر از روش مجموعه تراز (LSM) مسیر رشد ترک در حالت مود مرکب مشخص می شود. همچنین برای مسائل دو بعدی صفحه ای با تعریف یک فضای کمکی، فاکتورهای شدت تنش با استفاده از انتگرال متقابل M که کاملا بر پایه انتگرال مستقل از مسیر J استوار است، محاسبه می شوند. همچنین اختلاف نحوه رشد ترک برای شرایط مرزی متفاوت نشان داده می شود. در این مطالعه رشد پایدار ترک خستگی با اعمال تعداد سیکلهای بارگذاری متعدد و با استفاده از قانون پاریس به دست آمده است. در انتها برای حصول اطمینان از نتایج آنالیز عددی، نتایج به دست آمده برای فاکتورهای شدت تنش و نیز مسیرهای رشد ترک با نتایج تحلیلی فاکتورهای شدت تنش و نیز نتایج آزمایشگاهی در رشد ترک مقایسه می شود.

بال های حشرات ساختارهای حیاتی پیچیده ای هستند که دارای رفتار مکانیکی جالب توجهی می باشند. بال ها اساسا از رگه ها و پوسته ها تشکیل شده اند. پوسته های تشکیل دهنده بال از لحاظ مکانیکی از چقرمگی بالایی برخوردار نیستند. اما به طور کلی مجموعه ساختار بال از مقاومت بسیار بالایی در برابر گسترش ترک دارد. در این مقاله، ترکیبی از روش های عکس برداری با میکروسکوپ الکترونی، آزمون کشش و شبیه سازی عددی به منظور بررسی نقش رگه ها بر مکانیزم چقرمگی بال مورد استفاده قرار گرفته است. مدلسازی عددی رشد ترک در رگه بر مبنای روش المان محدود توسعه یافته است. خواص مکانیکی الاستیک خطی و قانون کشش- جدایش خطی به منظور شبیه سازی رفتار ساختاری ماده تشکیل دهنده رگه استفاده می شود. عکس های میکروسکوپی نشان می دهند که رگه های بال دارای ساختار میکروسکوپی توخالی متشکل از لایه های ساخته شده از کیتین و پروتئین می باشند. نتایج حاصل از شبیه سازی عددی نشان می دهد که تمامی لایه های سازنده رگه با تنش ناشی از شرایط بارگذاری خارجی مواجه می شوند. اما حضور پروتئین نقش مهمی در جلوگیری از رشد ترک ایفا می کند. مقایسه نتایج نشان دهنده مطابقت مطلوب بین مدلسازی های عددی انجام شده و نتایج تجربی می باشد.