การวิเคราะห์ค่าความเข้มของความเค้นในแผ่น 2 มิติที่มีรอยร้าวโดยคำนึงถึงผลของการไม่ซ้อนทับกันของผิวรอยร้าว

Abstract

ในกลศาสตร์การแตกร้าวแบบยืดหยุ่นเชิงเส้น ค่าความเข้มของความเค้น (stress intensity factor, SIF) เป็นตัวแปรที่บ่งบอกถึงขนาดของสนามความเค้นบริเวณรอบปลายรอยร้าว จากงานวิจัยที่ผ่านมาพบว่า SIF จากการวิเคราะห์ที่ไม่คำนึงถึงผลของการไม่ซ้อนทับกันของผิว รอยร้าวอาจมีค่าตํ่ากว่าความเป็นจริงที่ปลายรอยร้าวด้านที่เกิดแรงดึงและมีค่าติดลบในปลายรอย ร้าวด้านที่เกิดแรงอัดในแผ่น 2 มิติที่มีรอยร้าวได้ ซึ่งค่า SIF ที่เป็นลบนั้น ในอีกความหมายหนึ่งคือ ผิวรอยร้าวทั้งสองซ้อนทับกันซึ่งไม่สามารถเกิดขึ้น ได้เนื่องจากรอยร้าวจะปิดก่อนโดยไม่เกิดการ แทรกกันของวัสดุ งานวิจัยนี้เสนอวิธีการวิเคราะห์ค่าความเข้มของความเค้นในแผ่น 2 มิติที่มีรอย ร้าวภายใต้แรงกระทำที่กระจายแบบโพลิโนเมียลโดยคำนึงถึงผลของการไม่ซ้อนทับกันของผิวรอย ร้าวด้วยวิธี weight function และวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ที่ใช้วิธี J-Integral และนำผลการวิเคราะห์ที่ ได้มาเปรียบเทียบกับการวิเคราะห์ที่ไม่คำนึงถึงผลของการไม่ซ้อนทับกันของผิวรอยร้าว โดยพบว่า ในกรณีแผ่น 2 มิติที่มีรอยร้าวภายใต้แรงดัดค่า SIF ที่คำนวณได้จากการคำนึงถึงผลของการไม่ ซ้อนทับกันของผิวรอยร้าวมีค่ามากกว่าค่า SIF ที่คำนวณโดยไม่คำนึงถึงผลของการไม่ซ้อนทับกัน ของผิวรอยร้าวในปลายรอยร้าวด้านที่รับแรงดึงอยู่ 9% สำหรับในกรณีแผ่น 2 มิติภายใต้แรง กระทำแบบโพลิโนเมียล หน่วยแรงกระทำที่เกิดขึ้น จริงที่แนวรอยร้าวมีค่าไม่เท่ากับหน่วยแรงที่ กระทำที่ขอบของแผ่น 2 มิติ ทั้งนี้พบว่าค่า SIF ที่ได้จากการวิเคราะห์โดยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์มีค่า ขึ้น อยู่กับอัตราส่วนความสูงและความยาว (h/W)(ของแผ่น 2 มิติและวิธี weight function เหมาะสมในการนำมาวิเคราะห์หาค่า SIF ได้ในกรณี h/W≥3 นอกจากนี้งานวิจัยนี้ ได้ศึกษา เปรียบเทียบการเปิดและปิดของผิวรอยร้าวระหว่างการวิเคราะห์ที่คำนึงถึงและไม่คำนึงถึงผลของ การไม่ซ้อนทับกันของผิวรอยร้าว