دانلود پایان نامه ارشد: مدل سازی ترک های ثانویه با استفاده از تئوری

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته :مهندسی مکانیک

گرایش :سنگ

عنوان : مدل سازی ترک های ثانویه با استفاده از تئوری

گروه استخراج معدن

پایان‌نامه جهت دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی مکانیک سنگ

مدل سازی ترک های ثانویه با استفاده از تئوری

انشعاب به روش المان مرزی

استاد  راهنما:

دکتر محمد فاتحی مرجی

استاد مشاور:

دکتر جواد غلام‌نژاد

اسفند ماه 1392

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

شکست ناگهانی و غیرمنتظره بعضی از سازه‌های مهندسی، خسارات مالی و جانبی فراوانی را داشته است. در بررسی علل شکست، به تدریج پژوهشگران دریافتند که طراحی بسیاری از این سازه‌ها بر مبنای تئوری الاستیسیته و مقاومت مصالح درست بوده و عامل شکست ترک‌هایی بودند که در سازه وجود داشته و یا در حین کار ایجاد شده است. بنابراین این نتیجه حاصل شد که طراحی و تحلیل این سازه‌ها تنها بر پایه دو درس  ذکر شده موفقیت‌آمیز نبوده است. بر این اساس در دهه دوم قرن بیستم علم جدیدی به نام مکانیک شکست[1] پایه‌گذاری شد که تجزیه و تحلیل سازه‌ها را بر مبنای وجود و یا ایجاد ترک بررسی می‌نماید. با توجه به اینکه تئوری مکانیک شکست پایداری سازه‌ها را بر پایه معیارهای انتشار ترک شامل اصل انرژی و مقاومت اجسام در مقابل ترک، بررسی می‌کند، می‌توان با بررسی شرایط برای انتشار ترک، چگونگی انشعاب ترک یا توقف آن به قضاوتی کامل‌تری در رابطه با پایداری یا عدم پایداری سازه‌ها دست یافت. هر گاه انرژی رها شده در اثر گسترش ترک دو یا سه برابر مقاوت ترک گردد ترک ها در دو یا سه شاخه منشعب می گردند. این پژوهش با هدف بررسی تحلیل ترک های ثانویه با استفاده از تئوری انشعاب  انجام شده است بدین منظور با استفاده از معادله ای که به دست امده و شرایط فیزیکی یک ترک به ان داده شده است نقاط انشعاب  اول و دوم ترک  برای چهار نوع سنگ به دست امده است و با نتایج به دست امده از تئوری مکانیک شکست مقایسه شده است که دیده شده همخوانی خوبی با نتایج حاصل از تئوری مکانیک شکست دارد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  • فهرست مطالب

1   فصل اول مقدمه 1

1 – 1 مقدمه 2

1 – 2 ترک در سازه 3

1 -3  تاریخچه کارهای انجام شده 6

2   فصل دوم مکانیک شکست 8

2 – 1 مقدمه 9

2 – 2 روش تعادل انرژی گریفیث 9

2 – 3 تئوری اصلاح شده گریفیث (اصل ایروین – اروان) 16

2 – 4   ترک های گریفیث 17

2 – 5 مفهوم ترک 17

2 – 6 مشخصات ترک 18

2 – 7  نرخ آزاد سازی انرژی کرنشی ( G ) 19

2 – 8   مقاومت ترک ( R ) 20

2 – 9  مقاومت ترک یا منحنی R 20

2 – 9 – 1 مفهوم منحنی R 21

2 – 9 – 2 منحنی R مستقل از طول ترک اولیه 24

2 – 9 – 3   منحنی R  بر حسب فاکتور شدت تنش 24

2 – 9 – 4 تاثیر ضخامت نمونه روی منحنی R 25

2 – 10 فاکتور شدت تنش استاتیکی 26

2 – 11 فاکتور شدت تنش دینامیکی 27

2 – 12 مدهای شکست 29

2 – 13 انشعاب ترک در مکانیک شکست 30

چند تعریف 31

2 – 14 سرعت ترک و انرژی جنبشی 32

2 – 15 شدت تنش دینامیکی  و  نرخ آزاد شدن انرژی 39

2 – 16 مفهوم انشعاب ترک 42

2 – 17 انشعاب متقارن برای ترک مد I 46

50

3   فصل سوم   تئوری انشعاب 50

3 – 1  مقدمه 51

3- 2 تکرار توابع 51

3 – 3 چرخه ها 52

3 – 4 نوع چرخه ها 52

3 – 5 تحلیل گرافیکی 55

3 – 6 نمودار فازی 61

3 – 7 محاسبات نقاط ثابت 62

3 – 8 نقاط دوره ای 67

3 – 9 انشعاب در معادلات ریاضی 70

3 – 10 دینامیک نقشه های کوادراتیک 70

3 – 11 انشعاب زینی 76

3 – 12 انشعاب دو گانه تناوبی 81

     فصل چهارم تحلیل انشعاب ترک با استفاده از تئوری انشعاب 87

4 – 1 مقدمه 88

4 – 2 روش حل مساله 88

4 – 3 محاسبات برای بازالت 91

4 – 4 محاسبات برای  Silt stone 95

4 – 5 محاسبات برای گرانیت 98

4 – 6 محاسبات برای Granite westerly 101

4 – 7 محاسبات برای بازالت در تنش    MPa30 105

4 – 8 محاسبات برای بازالت در تنش MPa 20 108

5   فصل پنجم    نتیجه گیری 112

6   منابع و مآخذ 114

 

 

فهرست اشکال

شکل 1- 1: منحنی رشد ترک بر حسب زمان و دوره بارگذاری. 4

شکل 1-2: منحنی مقاومت باقیمانده سازه بر حسب زمان و اندازه ترک. 4

شکل 2 – 1 :  صفحه با ابعاد بی‌نهایت و ضخامت واحد شامل یک ترک مرکزی عمقی 10

شکل2 – 2  : یک حفره بیضوی در یک صفحه بی نهایت در معرض کشش یکنواخت در بی نهایت.. 18

شکل 2 – 3  : نمایش نموداری از شرایط  آغازش ترک برای مد یک ترک خوردگی  تحت تنش صفحه ای 22

شکل  2 – 4  : تفسیر نموداری از منحنی R  بر حسب G برای نمونه ای شامل یک ترک با طول اولیه ai  24

شکل 2 – 5   : اثر طول اولیه ترک روی منحنی R    24

شکل  2 – 6  : بیان منحنی R بر حسب فاکتور شدت تنش 26

شکل  2 – 7   : اثر ضخامت  نمونه روی منحنی R  27

شکل 2-1 : روش‌های اصلی بارگذاری و جابجایی سطوح ترک 30

شکل 3 – 1 :  نشان دادن انرژی جنبشی  33

شکل  3 – 2  : افزایش نرخ پیشرفت ترک بر حسب اندازه ترک  36

شکل  3 – 3  : سرعت های ترک اندازه گیری شده در یک ورق فولادی در حالت کرنش صفحه ای 38

شکل 3– 4   : تنش ها روی یک المان ماده  40

شکل  3 – 5  : نرخ رهاشدن انرژی در حالتهای استاتیکی و دینامیکی 41

شکل 3 – 6   : منشعب شدن ترک ها  43

شکل 3 – 7  : گسترش نیافتن شاخه  های ترک  45

شکل  3 – 8 : انشعاب متقارن  46

شکل 3 – 9 : یک مثال تجربی از انشعاب ترک مد  I   47

شکل  3 – 10 : side – branching  برای ترک مد I  48

شکل  3 – 11  : یک مثال تجربی از  crack side – branching از ترک مد I 48

شکل 3 – 1: نقطه ثابت تابع   صفر است. 52

شکل 3 – 2: نقطه ثابت تابع  ، 739085/0 است. 52

شکل 3 -3 : تحلیل گرافیکی 55

شکل 3 -4 : تحلیل گرافیکی تابع 55

شکل 3 – 5 : تحلیل گرافیکی تابع 56

شکل 3 – 6 الف : تحلیل گرافیکی تابع   57

شکل 3 – 6 ب : تحلیل گرافیکی تابع 57

شکل 3- 7 : تحلیل گرافیکی تابع 58

شکل 3 – 8 : تحلیل چرخه ای تابع  برای (الف):  و (ب): 59

شکل 3 – 9 : نمودار فازی تابع   60

  شکل 3 – 10 : نمودار فازی تابع 60

شکل 3 – 11 : تحلیل گرافیکی  ( الف ) تابع  و   ( ب) تابع  و . 61

شکل 3 – 12 : تحلیل گرافیکی تابع (الف )  و  ( ب)      و   . 62

 شکل 3 – 13 : در هر دو مورد  نقطه ثابت جذب کننده است. 63

شکل 3 – 14 : نمودار فازی ممکن نزدیک یک نقطه ثابت جذب کننده (الف):   (ب):   . 64

شکل 3 – 15 : در هر دو مورد  نقطه ثابت دفع کننده است. 65

شکل 3 – 16 : نمودار فازی اطراف یک نقطه ثابت دفع کننده  . 65

شکل 3 – 17 : تابع  یک نقطه ثابت جذب کننده در  و یک نقطه ثابت دفع کننده در صفر دارد 65

شکل 3 – 18 : نموار فازی نزدیک 0 برای (الف)  تابع  ، (ب) تابع  ، (ج) تابع  . در همه موارد  و   . 67

شکل 3 – 19 : یک چرخه جذب کننده با تناوب دو برای   . 67

شکل 3 – 20 : نمودار تکرار دوم تابع   . 68

شکل 3 – 21 : اگر  ، هر x با   یا  یک چرخه داردکه به بی نهایت تمایل دارد. 72

شکل 3- 22 : تحلیل گرافیکی نشان می دهد که همه چرخه های  در بازه   به  تمایل دارند موقعی که   . 73

شکل 3 – 23 : انشعاب زینی معمولی  . 76

شکل 3 – 24 : نمودار فازی برای (الف)  ، (ب)  و (ج)   . 77

3 – 25 : انشعاب زینی در تابع نمایی   . 77

شکل 3- 26 : نمودار انشعاب برای تابع   . 78

شکل 3 – 27 : نمودار انشعاب برای (الف)  ( فقط برای  ) و (ب) . 79

شکل 3 – 28 : برای     ،   یک نقطه ثابت دفع کننده دارد و یک چرخه دوگانه وجود دارد اما برای   یک نقطه ثابت جذب کننده دارد . 80

شکل 3 – 29 : نمودار فازی نزدیک یک نقطه انشعاب دوگانه تناوبی برای تابع . 81

شکل 3 – 30 : نمودار  نزدیک انشعاب دوگانه تناوبی. 82

شکل 3 – 31 : نمودار انشعاب برای تابع . 82

شکل 3 – 32 :  نمودار انشعاب دوگانه تناوبی برای خانواده    . 83

شکل 3 – 33 : نمودار انشعاب برای . 84

شکل 4 – 1: منشعب شدن ترک ها 88

شکل 4 – 2: نشان دادن انرژی جنبشی. 89

شکل 4 – 3 نقاط انشعاب برای بازالت 94

شکل 4 – 4  نقاط انشعاب برای siltstone 97

شکل 4 – 5 : نقاط انشعاب گرانیت 100

شکل 4 – 6  : نقاط انشعاب برای Westerly Granite 103

شکل 4 – 7    : نقاط انشعاب برای بازالت 106

شکل 4 – 8 : نقاط انشعاب برای بازالت 110

 

فهرست جداول

جدول ( 3– 1 ) : سرعت انتشار ترک در بعضی مواد 37

جدول (4 – 1 ) : پارامترهای بازالت 91

جدول (4 – 2 ) نقاط انشعاب اول و دوم بازالت 92

جدول (4 – 3 ) : پارامترهای Silt stone. 95

جدول (4 – 4 ) نقاط انشعاب اول و دوم Silt stone 96

جدول (4 – 5 ) : پارامترهای گرانیت 98

جدول (4 – 6) نقاط انشعاب اول و دوم  گرانیت 99

جدول (4 – 7 ) : پارامترهای  Granite westerly 101

جدول (4 – 8 ) نقاط انشعاب اول و دوم westerly Granite 102

جدول (4 – 9 ) : پارامترهای بازالت . 105

جدول (4 – 10) نقاط انشعاب اول و دوم بازالت 106

جدول (4 – 11 ) : پارامترهای بازالت 108

جدول (4 – 12 ) نقاط انشعاب اول و دوم بازالت 109

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل اول

 

 

 

1        فصل اول مقدمه

       مقدمه

 

 

 

 

1 – 1 مقدمه

علی رغم رفاه و آسایشی که دانش فنی برای بشر به وجود اورده است متاسفانه شکست ناگهانی و غیر منتظره بعضی سازه‌های مهندسی خسارات مالی و جانی فراوانی را در برداشته است. به عنوان مثال گزارش ناسا[2] در سال 1976 ، خسارات ناشی از شکست سازه ها و کوششهای جلوگیری از ان را سالانه حدود 119 میلیارد دلار برای امریکا هزینه داشته است. منظور کردن جان انسانهایی که در این حوادث از دست رفته اند بر اهمیت این موضوع می افزاید

کاربرد وسیع (ولی نه بطور کاملاً صحیح) فلزات در قرن 19 موجب حوادث فراوان و قربانیان زیادی گردید. بعنوان مثال : در دهه 1870 – 1860 حوادث ناگوار در خطوط راه آهن موجب مرگ 200 نفر از مردم انگلیس در هر سال شده است. اکثر این حوادث در اثر شکست چرخ های قطار ، ریل یا محورها …. بوده است.

حوادثی در طول 200 سال اخیر اتفاق افتاده است، توسط آندرسون[3] به رشته تحریر در آمده است. برخی از این حوادث عبارتند از:

در مارس 1935 حدود 700 نفر برای تماشای یک مسابقه قایق‌سواری روی پل معلق مونتروس[4] گرد آمده بودند. در اثنای مسابقه یکی از زنجیرهای گسیخته شده و عده زیادی جان سپردند.

در 22 ژانویه 1866 سقوط قسمتی از سقف ایستگاه راه‌آهن منچستر، موجب مرگ دو نفر گردید. علت حادثه شکست یک عضو چدنی بوده است.

در بررسی علل شکست پژوهشگران دریافتند که طراحی بسیاری از این سازه‌ها بر مبنای تئوری الاستیسیته و مقاومت مصالح درست بوده و عامل شکست ترک‌هایی بودند که در سازه وجود داشته و یا در حین کار ایجاد شده است. بنابراین این نتیجه حاصل شد که طراحی و تحلیل این سازه‌ها تنها بر پایه دو درس  ذکر شده موفقیت‌آمیز نبوده است. بر این اساس در دهه دوم قرن بیستم علم جدیدی به نام مکانیک شکست[5] پایه‌گذاری شد که تجزیه و تحلیل سازه‌ها را بر مبنای وجود و یا ایجاد ترک بررسی می‌نماید. کشف معایب و نواقص موجود در مصالح و رفع آنها مانع بروز بعضی حوادث ناگوار می‌گردد. ظهور روش‌های تولید مواد همراه با گسترش علم مواد، تعداد حوادث را به سطح پایین‌تر و قابل قبول‌تر رسانده است. اغلب شکست‌ها تحت تنش‌های پایین اتفاق افتاده است. تحقیقات نشان می‌دهد که عامل این شکست‌ها معایبی مثل ترک‌های ریز[6] می‌باشد . [1]

[1] Fracture Mechanics

[2] National Aeronautics and Space Administration (NASA)

[3] Anderson

[4][4] Montrose

[5] Fracture Mechanics

[6] Flaws

تعداد صفحه : 124

قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09361998026        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

شماره کارت :  6037997263131360 بانک ملی به نام محمد علی رودسرابی

11

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید