محاسبه ضریب شدت تنش ترک های سطحی در یک خانواده از دیسک های دوار نازک و ضخیم با استفاده از تابع وزن دو بعدی

در این پژوهش خانواده ای از دیسک های دوار پرکاربرد در صنایع توربین و کمپرسور ایران از دیدگاه مکانیک شکست مطالعه می شود. در شرایط کاری، تحت اثر بارهای مکانیکی و حرارتی ترک در دیواره داخلی دیسک جوانه می زند. هدف از این پژوهش ارائه یک تابع وزن دوبعدی برای مجموعه ای از دیسک های دوار حاوی ترک های طولی نیم بیضوی می باشد. بدین منظور، ابتدا شکل عمومی تابع وزن دوبعدی بر اساس توابع وزن ترک های محاط انتخاب می شود. تعیین ضرایب ثابت شکل عمومی این تابع وزن بر اساس نتایج ضریب شدت تنش مرجع در هندسه ترک دار تحت بارگذاری مرجع حاصل می شود. عدم وابستگی نتایج به تعداد جملات تابع وزن بررسی می شود. پس از استخراج تابع وزن برای دیسک هایی در گستره 90 تا 420 میلیمتر ضخامت، امکان تعیین ضریب شدت تنش ترک در دیسک ها تحت بارگذاری دلخواه فراهم می گردد. این تابع وزن می تواند مقادیر ضریب شدت تنش برای هر نقطه دلخواه روی جبهه ترک، که سطوح آن تحت بارگذاری یک یا دوبعدی قرار دارند، را محاسبه نماید. نتایج نشان می دهد که در نسبت عمق ترک های بزرگ، ضریب شدت تنش در نقاط سطحی با افزایش نسبت ارتفاع پایه به ضخامت دیسک افزایش می یابد. در یک نسبت منظر معین شکل هندسی دیسک بر روی ضریب شدت تنش ترک موثر می باشد. مقایسه نتایج حاصل از تابع وزن و نتایج حاصل از روش اجزاء محدود از تطابق مناسبی برخوردار می باشد. امکان شبیه سازی رشد ترک خستگی و پیش بینی زمان بازبینی دیسک ها با به کارگیری این تابع وزن به سادگی فراهم می شود.