Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Ảnh hưởng của Tính dẻo đến các Mẫu Tension Có Vết Nứt Trung Tâm Được Lắp Ghép và Không Được Lắp Ghép
Tóm tắt
Các sửa chữa bằng bản ghép composite cho các cấu trúc nhôm được thiết kế dựa trên cơ học nứt tuyến tính đàn hồi, so sánh dự đoán tại điểm nứt với tốc độ giải phóng năng lượng biến dạng tới hạn hoặc cường độ ứng suất. Các dự đoán phân tích và số đều hợp lý cho hành vi đàn hồi tuyến tính, nhưng không tính đến hành vi đàn hồi-plastic được quan sát tại điểm nứt của các vật liệu dẻo dưới tải trọng tối đa. Nghiên cứu này sử dụng tương phản hình ảnh kỹ thuật số để nghiên cứu sự dịch chuyển và biến dạng trên toàn bộ bề mặt phía trước điểm nứt cho các mẫu căng thẳng có vết nứt ở trung tâm không được lắp ghép và có lắp ghép, được tải một cách đơn điệu cho đến khi phá hủy. Các so sánh cả định tính và định lượng cho thấy những ảnh hưởng có thể đo lường của việc gia cố bề mặt lên hành vi của điểm nứt. Phản ứng nứt bề mặt tự do là một thuộc tính nội tại của nhôm từ sự phát triển ban đầu của vùng biến dạng plastic thông qua việc làm cùn vết nứt và cuối cùng đến tải trọng cực đại, trong khi tất cả các giai đoạn này xảy ra ở sự dịch chuyển mở vết nứt (COD) độc lập với việc gia cố bản ghép composite một bên. Việc gia cố bằng bản ghép đã tăng tải trọng kéo tối đa lên 160% và tổng COD đạt được là 20% so với hành vi không được lắp ghép. Sự gia tăng khả năng liên quan đến sự gia tăng diện tích biến dạng lớn tích lũy và plastic phân tán được đo trên bề mặt tự do trước khi kết thúc việc làm cùn vết nứt. Sự tương quan trực tiếp của hành vi nứt cho thấy thất bại của mẫu có lắp ghép có thể được dự đoán bằng cách sử dụng COD của mẫu không được lắp ghép.
Từ khóa
#composite patch #aluminum structures #fracture mechanics #elastic-plastic behavior #digital image correlation #crack tip #tensile loadTài liệu tham khảo
Volkerson O (1938) Die Niektraft in Zugbeanspruchten mit Kontanten Laschenquerschritten. Luftfahrtforsch. 5:41–47
Goland M, Reissner E (1944) The stress in cemented joints. J Appl Mech 11(1):A17–A27
Hart-Smith LJ (1973) Adhesive-bonded double-lap joints. NASA CR-112235
Hart-Smith LJ (1973) Adhesive-bonded single-lap joints. NASA CR-112236
Tsai GC, Shen SB (2004) Fatigue analysis of cracked thick aluminum plate bonded with composite patches. Compos Struct 64:79–90. https://doi.org/10.1016/S0263-8223(03)00216-2
Jones R, Chiu WK (1999) Composite repairs to cracks in thick metallic components. Compos Struct 44:17–29. https://doi.org/10.1016/S0263-8223(98)00108-1
Duong CN (2009) Design and validation of composite patch repairs to cracked metallic structures. Comp Part A 40:1320–1330
Baker AA, Rose LR, Jones R (2002) Advances in the bonded composite repair of metallic aircraft structures, vol 1. Elsevier, New York
Wang CH, Rose LRF (1999) A crack bridging model for bonded plates subjected to tension and bending. Int J Solids Struct 36:1985–2014. https://doi.org/10.1016/S0020-7683(98)00070-5
Noland JM, Hart DC, Udinski EP, Sielski RA (2013) Initiatives in bonded ship structural repairs. ASNE Fleet maintenance and modernization symposium, San Diego, CA. https://doi.org/10.1097/PRS.0b013e3182a8066b
Baker AA, Rose LR, Walker KE, Wilson ES (1999) Repair substantiation for a bonded composite repair to F111 lower wing skin. Appl Compos Mater 6:251–267. https://doi.org/10.1023/A:1008805813470
Muller R, Fredell R (1999) Analysis of multiple bonded patch interaction simple design guidelines for multiple bonded repairs in close proximity. Appl Compos Mater 6:217–237. https://doi.org/10.1023/A:1008869910744
Hart DC (2016) Aluminum sensitization and application of laminated composite patch repairs. In: Proc. Society for Experimental Mechanics XIII international congress and exposition on experimental applied mechanics, experimental dynamic behavior: integrating experimental mechanics, Orlando, FL, 2016
Nahshon K, Hoffman WA, Ullagaddi CB (2014) Characterization of structural scale ductile fracture of aluminum panels using digital image correlation. In: Proc. 214th Annu Conf On Exp Appl Mech
Hart DC, Udinski EP, Hayden MJ, Liu X (2014) Fatigue performance and analysis of composite patch repaired cracked aluminum plates. In: Sh. Struct. Comm., Sustainability and Stewardship, Vessel Safety and Longevity Through Research, Linthicum Heights, MD
Hutchinson JW (1968) Singular behaviour at the end of a tensile crack in a hardening material. J Mech Phys Solids 16:13–31
Anderson TL (1995) Fracture mechanics fundamentals and applications, Second ed., CRC Press LLC. https://doi.org/10.1002/jhrm.5600150304
Rice JR, Rosengren GF (1968) Plane strain deformation near a crack tip in a power-law hardening material. J Mech Phys Solids 16:1–12
Sutton MA, Orteu JJ, Schreier HW (2009) Image correlation for shape, motion, and deformation measurements. Springer LLC
Bruck HA (1989) Analysis of 3-D effects near the crack tip on Rice's 2-D J-integral using digital image correlation and smoothing techniques. Thesis, University of South Carolina
Sutton MA, Turner JL, Chao YJ, Bruck HA, Chae TL (1992) Experimental investigations of three dimensional effects near a crack tip using computer vision. Int J Fract 53:201–228
Yoneyama S, Arikawa S, Kusayanagi S, Hazumi K (2014) Evaluating J-integral from displacement fields measured by digital image correlation. Strain 50:147–160. https://doi.org/10.1111/str.12074
Hickey WF (2011) An investigation into the failure of aluminum alloys. Thesis, University of Texas at Austin. https://doi.org/10.1055/s-0031-1280671
Becker TH, Mostafavi M, Tait RB, Marrow TJ (2012) An approach to calculate the J-integral by digital image correlation displacement field measurement. Fatigue Fract Eng Mater Struct 35:971–984. https://doi.org/10.1111/j.1460-2695.2012.01685.x
Fernandez-Zuniga D, Kalthoff JF, Fernandez-Canteli A, Grasa J, Doblare M (2004) Three dimensional finite element calculations of crack tip plastic zones and KIC specimen size requirements. In: European Conference on Fracture, Stockholm, Sweden
Hamam R, Hild F, Roux S (2007) Stress intensity factor gauging by digital image correlation: application in cyclic fatigue. Strain 43:181–192. https://doi.org/10.1111/j.1475-1305.2007.00345.x
Dadkhah MS, Kobayashi AS, Morris WL (1992) Crack-tip displacement fields and JR-curves of four aluminum alloys. In: fracture mechanics: twenty-second symposium (volume 11), ASTM STP 1131, Philadelphia
Dadkaha MS, Kobayashi AS (1990) Further studies on the HRR field of a moving crack, an experimental analysis. Int J Plast 6:635–650. https://doi.org/10.1016/0749-6419(90)90036-E
May GB, Wang FX, Kobayashi AS (1993) Two-parameter crack tip field associated with stable crack growth in a thin plate - a hybrid analysis. Mechanical engineering College of Engineering University of Washington, technical report for Office of Naval Research UWA/DSE/TR-93/71. https://doi.org/10.1016/0378-1119(93)90107-e
Dadkhah MS, Kobayashi AS (1998) HRR field of a moving crack, an experimental analysis. Eng Fract Mech 34:253–262
Hart DC, Bruck HA (2018) Low Modulus composite patched aluminum center crack tension specimen DIC surface displacements compared with predictions. In: Society for Experimental Mecahnics Annual Conference and Exposition on Experimental Applied Mechanics, Greenville, SC
Correlated Solutions Inc. (2018) Vic-2D v6 Reference Manual. Correlated Solutions Inc., Irmo, SC 29063 https://www.correlatedsolutions.com. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(18)33054-X
O'Shaughnessy TG (1985) ALCOA 5000-series alloys suitable for welded structural applications. Aluminum company of America applications engineering division, green letter no. 143 second revision, Pennsylvania. https://doi.org/10.1103/physreva.32.3073
Hatch JE (ed) aluminum properties and physical metallurgy. ASM International
ASTM E399–08 (2008) Standard test method for linear-elastic plane-strain fracture toughness KIC of metallic materials. American Society for Testing and Materials International, Conshohoken
ASTM E407–07 (2007) Standard practice for microetching metals and alloys. American Society for Testing and Materials International, Conshohoken
ASTM E112–13 (2013) Standard test methods for determining average grain size. American Society for Testing and Materials International, Conshohoken
ASTM E466–07 (2007) Standard practice for conducting force controlled constant amplitude axial fatigue tests of metallic materials. American Society for Testing and Materials International, Conshohocken
ASTM E8M-08 (2008) Standard test methods for tension testing of metallic materials. American Society for Testing and Materials International, Conshohocken
Ozturk F, Totos S, Kilic S (2008) Evaluation of tensile properties of 5052 type aluminum-magnesium alloy at warm temperatures. Arch Mater Sci Eng 34:95–98