hrvatski

Doprinos eksperimentalnom određivanju karakteristika pukotina u mehanici loma

Mehanika loma, koje se temelji na principu singularnosti naprezanja kao kriterijem nestabilnog širenja 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 KIN traži 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, ili 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 brži 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 znači 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 odgovarajuće. 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, KII, s0x). Korištenjem statističkih metoda regresione 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 analitičkim 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.

mehanika loma; eksperimentalna mehanika; fotoelasticimetrija

nije evidentirano