متلب

بیشتر سازه ها و مواد دارای نقایص هستند و اگر شرایط مناسب باشد ، این نقص ها می تواند منجر به شروع و انتشار ترک ها شود. یافتن این نکته که کشف یک سطح ترکیبی از کجا و با چه جهتی محتمل است ، یک بخش مهم در تجزیه و تحلیل و طراحی یک ساختار است. مقدار مهمی برای محاسبه در این نوع تحلیل میزان آزادسازی انرژی است ، یعنی انرژی موجود برای انتشار ترک. میزان آزاد سازی انرژی با چقرمگی شکست ، یک ماده ماده ای است که انرژی لازم برای انتشار یک ترک را توصیف می کند.

 

 

محاسبه نرخ رهاسازی انرژی برای مکانهای پتانسیل نامتناهی و جهت گیریهای سطح ترک در یک ساختار 3 بعدی با استفاده از روشهای معمولی یک کار جامع است زیرا یک تجزیه و تحلیل دقیق برای هر مکان و جهت گیری ترک باید انجام شود. روشی جدید که توسط محققان دانشگاه ایلینویز در Urbana-Champaign ایجاد شده است می تواند با یک تحلیل واحد ، مکان و جهت یک ترک بحرانی در یک ساختار را مشخص کند.

 

"این روش جدید به ما اجازه می دهد تا تجزیه و تحلیل را به طرز چشمگیری ساده کنیم ، زیرا به جای اینکه بخواهیم آنالیز را برای هر یک موقعیت بالقوه یک ترک در امتداد سطح یک ساختار خاص انجام دهیم ، یک تحلیل واحد از دامنه uncracked انجام می دهیم ، که بسیار ارزان تر است. فیلیپ ژوبل ، استاد گروه مهندسی هوافضا گفت: این کار میزان کار محاسباتی را با سفارشات قدرتی کاهش می دهد.

 

برای بدست آوردن یک تخمین دقیق از میزان آزاد سازی انرژی ، روش فعلی برای تفکیک ساختار ، به ویژه در مجاورت ترک ، به تجزیه و تحلیل عددی با یک شبکه بسیار ریز نیاز دارد. ژوبل گفت این روش جدید از مشتقات توپولوژیکی برای بدست آوردن تخمین میزان انتشار انرژی در صورت بروز ترک در هر مکانی و با هر جهت گیری در سطح یک ساختار 3 بعدی استفاده می کند.

 

"با استفاده از این تکنیک ، ما می توانیم بلافاصله مکان و جهت گیری را که مربوط به بالاترین میزان آزادسازی انرژی است - یعنی بالاترین انرژی موجود برای انتشار ترک" را مشخص کنیم. اگر سرعت آزادسازی انرژی از سختی شکستگی کوچکتر باشد ، شکاف پخش نمی شود. اما اگر سرعت رهاسازی انرژی به مقدار چقرمگی شکستگی نزدیک شود ، به ساختار نیاز به طراحی مجدد خواهیم داشت. "

 

روش جدید را می توان با بسته های نرم افزاری عناصر محدود تجاری مانند Ansys ، Abaqus و Nastran ترکیب کرد.

 

ژوبل گفت: "آنچه این روش به ما اجازه می دهد انجام دهیم این است که بگوییم ،" شکل و شرایط بارگیری پیچیده ای به من بدهید ، و ما به شما محتمل ترین مکان را برای شروع ترک سطح به شما می گوییم . "

 

این مطالعه ، "تقریب نرخ آزادسازی انرژی برای ترک های کوچک سطح در حوزه های سه بعدی با استفاده از مشتق توپولوژیکی" ، توسط کاظم علیدوست ، منگ فنگ ، فیلیپه جیوبل ، و دانیل ا. تورتورلی نوشته شده است. در مجله مکانیک کاربردی ظاهر می شود .