پديد آورنده :
مصري پور، محمد علي
عنوان :
شبيه سازي ميدان فاز رشد ترك در مواد نانوكامپوزيتي حاوي نانوذرات در فضاي دو بعدي
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
طراحي كاربردي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
يازده، 78 ص.: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
مهدي جوانبخت
استاد مشاور :
حسين جعفر زاده
توصيفگر ها :
مواد نانوكامپوزيتي , رشد ترك , مدل ميدان فاز , مدل سازگار ترموديناميكي ترك , رابطه گينزبرگ-لاندا
استاد داور :
محمد مشايخي، محمد سيلاني
تاريخ ورود اطلاعات :
1400/09/14
رشته تحصيلي :
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1400/09/14
چكيده فارسي :
بررسي و پيش¬بيني پديده رشد ترك در مواد مهندسي همواره از مسائل جذاب و مورد توجه در علم مهندسي مكانيك از گذشته تا كنون بوده است. در سال¬هاي اخير با گسترش كاربرد آلياژهاي هوشمند و مواد نانوكامپوزيتي، تحليل رفتاري اين مواد در حضور ترك مورد توجه قرار گرفته ¬است.
در اين پژوهش مدل¬سازي رشد ترك در ماده نانوكامپوزيتي با استفاده از روش ميدان فاز صورت مي¬گيرد و از آن¬جا كه در اين مسئله به خصوص پارامتر فاز در واقع بيان¬گر حضور ماده يا ترك مي¬باشد، مدل¬سازي رشد ترك با روش ميدان فاز تحت توزيع بارگذاري¬هاي مختلف انجام گرفته است باتوجه به اين كه انرژي فعال¬سازي رشد ترك را مي¬توان به اختلاف انرژي آزاد گيبس در دوفاز يا به بارگذاري¬هاي خارجي نسبت داد، بنابراين ارائه¬ي يك مدل واقعي كه دربرگيرنده ترموديناميك و تنش-هاي سيستم است، لازم مي¬باشد. در مطالعه¬ي حاضر ابتدا فرمولاسيون ميدان فاز ترك استخراج مي¬گردد. از آن¬جا كه براي رشد ترك از روابط گينزبرگ-لاندا استفاده مي¬شود، اين امكان وجود دارد كه كشش سطحي در روابط انرژي آزاد در نظر گرفته ¬شود و اين پارامتر را به صورت تنش غيرالاستيك تعريف نمود. سپس، اثرات تنش سطحي بر بارگذاري بحراني و سرعت رشد ترك بررسي گرديد. مسئله¬ي اصلي مدل¬سازي رياضي آن است كه، هرگونه فرمولاسيون رشد ترك، سازگار ترموديناميكي باشد. براي حل معادلات كوپل حاصل ازنرم¬افزار كامسول استفاده گرديده است.
مدل¬سازي ترك و پيش¬بيني رشد آن تحت بارگذاري¬ها و توزيع¬هاي مختلف ذرات دايروي نانوكامپوزيتي با خاصيت مدول الاستيك و انرژي كريستالي متفاوت با ماده¬ي زمينه، هدف اصلي اين پژوهش مي¬باشد. مشاهده گرديد، مسير رشد ترك با تغيير خواص مدول الاستيك و انرژي كريستالي ذرات، تغيير مي¬يابد و با افزايش اين دو خاصيت، ترك در هنگام رشد و مواجهه با اين ذرات، متمايل به دور زدن ذره مي¬باشد. عامل ديگري كه مي¬تواند در مسير رشد ترك موثر باشد فاصله¬ طولي و زاويه¬اي ذرات از يك¬ديگر است. هرچه فاصله¬ي طولي ذرات از يكديگر كم¬تر باشد، ترك رشد بيش¬تري داشته و به سمت مركز ذرات دايروي جذب مي¬گردد.
چكيده انگليسي :
The study and prediction of crack propagation are some of the most interesting and important subjects in mechanical engineering. Crack propagation in nono composites and shape memory alloys has been noticed due to their wide applications in recent years. In this thesis, crack propagation in particulate nano composites is simulated using the phase field method. The order parameter represents the existence of material or crack. The crack propagation has been simulated in a wide range of loadings and the critical load for the crack growth has been obtained. The activation energy for the crack propagation can be attributed to the difference of the Gibbs free energy in two separate phases or loadings. Hence, it is required to introduce a thermodynamically consistent model. Having used the Ginzburg-Landau equation, surface tension is included in the model as inelastic stress. The surface tension effect on the crack tip velocity and the evolution have been discussed. The finite element method via COMSOL multiphysics software has been utilized to solve the coupled phase field-elasticity equations. Modeling and prediction of crack propagation for nano composites including different nanoparticles and under different loadings are the main purposes of this thesis. It is found that the kinetics and morphology of the crack propagation depend on the elastic moduli and the surface energy of nanoparticles as well as their longitudinal and angular distances to each other.
استاد راهنما :
مهدي جوانبخت
استاد مشاور :
حسين جعفر زاده
استاد داور :
محمد مشايخي، محمد سيلاني
