به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت

فهرست مطالب rahmatollah ghajar

  • مصیب نجار، رحمت الله قاجار*

    هدف از این پژوهش، بررسی تجربی جذب انرژی لوله های جدار نازک مشبک با مقطع مربعی است. دیواره های لوله ی جدار نازک به صورت مشبک با سه نوع سلول شامل آگزتیک درون رو، نیمه درون رو و لانه زنبوری معمولی از جنس فولاد زنگ نزن 304 است. هر سه نوع سلول مشبک با روش برش لیزر دوار روی لوله جدار نازک ایجاد و توسط دستگاه آزمایش یونیورسال تحت بارگذاری شبه-استاتیک با سرعت 5 میلی متر بر دقیقه به صورت محوری  فشرده می شوند. نیروی بیشینه اولیه، نیروی متوسط لهیدگی، راندمان نیروی لهیدگی، جذب انرژی و جذب انرژی ویژه به عنوان پارامترهای ارزیابی آزمون در نظر گرفته می شوند. نتایج نشان می دهد که لوله جدار نازک با ساختار آگزتیک درون رو، جذب انرژی مخصوص بیشتری نسبت به دو ساختار دیگر دارد. در این ساختار جذب انرژی ویژه 25% نسبت به ساختار لانه زنبوری معمولی بیشتر است. ساختار نیمه درون رو، جذب انرژی و نیروی متوسط بیشتری نسبت به دو ساختار دیگر دارد. مقدار راندمان نیروی لهیدگی در ساختار لانه زنبوری معمولی 85% بدست می آید که نسبت به دو ساختار دیگر بیشتر است.

    کلید واژگان: آگزتیک, نیمه درون رو, انرژی ویژه, لوله جدار نازک, شبه-استاتیک}
    Mosayeb Najar, Rahmatollah Ghajar*

    This research aims to experimentally investigate the energy absorption of thin-walled lattice tubes with a square section. The walls of the thin-walled tube are made in the form of a lattice with three types of cells: re-entrant auxetic, semi-re-entrant, and conventional honeycomb structures, and the material of the specimens is considered 304 stainless steels. All three types of lattice cells are produced by the rotary laser cutting method on a conventional tube and are axially compressed by a universal test machine under quasi-static loading at a 5 mm/min velocity. The test evaluation parameters are initial maximum force, mean crushing force, crushing force efficiency, energy absorption, and specific energy absorption. The results show that the thin-walled tube with the re-entrant auxetic structure has more specific energy absorption than the other two structures. The specific energy absorption of this structure is 25% higher than the conventional honeycomb structure. The semi-re-entrant structure has more energy absorption and mean crushing force than the other structures. The crushing force efficiency in the conventional honeycomb structure is higher than that of the other two structures, which has a value of 85%.

    Keywords: Auxetic, Semi-Re-Entrant, Specific Energy, Thin-Walled Tube, Quasi-Static}
  • سید محمد اخوان علوی، رحمت الله قاجار*

    در این مقاله به تعیین خواص مکانیکی یک سازه آگزتیک میکروسلولی پرداخته می شود. این سازه مشبک متشکل از سلول های شش ضلعی درون رو است که ابعاد دیواره ی سلول های آن در مقیاس میکرو می باشد. ابتدا با استفاده از تئوری گرادیان کرنشی اصلاح شده (MSGT) و روش انرژی، خواص مکانیکی سازه آگزتیک میکروسلولی به روش تحلیلی استخراج می گردد. سپس جهت صحت سنجی نتایج، ضریب یانگ یک سازه آگزتیک میکروسلولی توسط آزمون کشش تعیین و با نتایج تحلیلی مقایسه می گردد. مقایسه نتایج تحلیلی و تجربی تطابق خوبی را نشان می دهند. برای ساخت سازه آگزتیک میکروسلولی از دستگاه برش لیزر نانوثانیه استفاده می شود. همه آزمون های کشش مطابق استاندارد ISO 6892-1 انجام می گردد. نتایج نشان می دهند که تئوری گرادیان کرنشی اصلاح شده نقش مهمی را در تعیین خواص مکانیکی سازه های مشبک میکروسلولی ایفا می کند، به طوری که در برخی از موارد، نتایج حاصل از این تئوری با تئوری کلاسیک بیش از 100% اختلاف دارند. همچنین مشاهده می شود که با تغییر پارامتر های هندسی میکروسلول، خواص مکانیکی سازه آگزتیک قابل تنظیم است. به عنوان نمونه با کاهش اندازه زاویه دیواره سلول، ضریب یانگ در راستای X 1  افزایش و ضریب یانگ در راستای X 2  و ضریب برشی سازه کاهش می یابند.

    کلید واژگان: آگزتیک, سازه میکروسلولی, تیر میکرو, تئوری گرادیان کرنشی اصلاح شده}
    Seyed Mohammad Akhavan Alavi, Rahmatollah Ghajar*

    In this article, the determination of the mechanical properties of a micro-cellular auxetic structure is investigated. This lattice structure consists of hexagonal cells, whose cell-wall dimensions are on a micro-scale. First, using modified strain gradient theory (MSGT) and energy method, the mechanical properties of the micro-cellular auxetic structure are analytically obtained. Then for validation, Young's modulus of a micro-cellular auxetic structure is derived by tensile test and compared with theoretical results. The comparison of analytical and experimental results shows good agreement. A nanosecond laser cutting machine is used to fabricate the microcellular auxetic structure, and the ISO 6892-1 standard is used to perform tensile tests. The results show that the modified strain gradient theory plays an important role in determining the mechanical properties of micro-cellular auxetic structures. In some cases, the results of this theory are more than 100% different from the classical theory. In addition, it can be seen that by changing the dimensional parameters of the micro-cells, the mechanical properties of the auxetic structure can be tunable. For example, by reducing the magnitude of the angle of the cell wall, Young's modulus in the X 1  direction increases, and Young's modulus in the X 2  direction and the shear modulus of the structure decrease

    Keywords: Auxetic, Micro-Cellular Structure, Micro Beam, MSGT}
  • مهرداد قدمی، رحمت الله قاجار*

    هرگاه یک ورق کامپوزیتی چندلایه، تحت بارگذاری کششی شبه استاتیک یا بارگذاری خستگی قرار گیرد، چندین نوع آسیب در آن ایجاد می شود؛ از جمله ترک های ماتریس، ترک های ثانویه و لایه لایه شدگی. اولین نوع آسیب، ترک های ماتریس اند که در لایه های دارای زاویه نسبت به جهت بارگذاری بوجود می آیند. این ترک ها اگرچه منجر به گسیختگی نمی شوند، اما خواص مکانیکی معادل ورق کامپوزیت را کاهش می دهند و می توانند باعث واماندگی سازه گردند. در این مقاله، یک مدل تحلیلی غیرخطی جدید، برای پیش بینی کاهش سفتی ورق های کامپوزیت متعامد ارایه و بکار گرفته می شود. بدین منظور، یک تابع چندجمله ای درجه سوم بعنوان انرژی آزاد هلمهولز پیشنهاد و پس از بررسی تحلیلی تابع پیشنهادی، روابط مربوطه استخراج می گردند. سپس برای اعمال روند افزایش تعداد ترک های ماتریس در روابط، یک آزمایش تجربی میکروسکوپی طراحی و در مورد کامپوزیت متعامد شیشه/اپوکسی استفاده می شود. همچنین برای تعیین ثوابت آسیب موجود در روابط استخراج شده، مدل های میکرومکانیکی اجزا محدود به همراه شرایط مرزی تناوب (PBC) بکار می رود. نتایج این مدل با شبیه سازی های عددی میکرومکانیکی سه بعدی، آزمایش های تجربی بارگذاری-باربرداری تک محوره شبه استاتیک و پژوهش های پیشین صحت سنجی می گردند. نتایج نشان می دهند که مدل پیشنهادی نسبت به مدل های خطی و غیرخطی پیشین، پیش بینی های دقیق تری ارایه می کند. همچنین با استفاده از روش میکروسکوپی پیشنهادی، روند افزایش تعداد ترک های ماتریس به راحتی شناسایی می گردد.

    کلید واژگان: مکانیک آسیب, کامپوزیت چندلایه, مکانیک آسیب محیط پیوسته, میکرومکانیک, مدل غیرخطی}
    Mehrdad Ghadami, Rahmatollah Ghajar*

    Once a composite laminate is subjected to quasi-static tensile or fatigue loading, some damage modes initiate and propagate in the laminate. The first damage mode is the matrix crack that forms in the layers with an angle to the loading direction. Although not leading to breakage, these cracks reduce the equivalent mechanical properties of the composite laminate. In this paper, a new nonlinear analytical model is presented and used to predict the stiffness degradation of the cross-ply composite laminates. For this purpose, a new third-order polynomial function is proposed as the Helmholtz free energy of the composite, and the appropriate equations are derived. A microscopic experimental test is designed and accompanied by the analytical model to investigate the damage progression in a glass/epoxy cross-ply laminate. Also, finite-element micromechanical models with periodic boundary conditions (PBC) are proposed and used to determine the damage constants. The model is validated against the 3D micromechanical models and the quasi-static uniaxial loading-unloading experimental tests. The validation shows a very good agreement between the model and the experiments.

    Keywords: Damage Mechanics, Composite Laminate, Continuum Damage Mechanics, Micromechanics, Nonlinear Model}
  • مجید کریمی، رحمت الله قاجار *، عباس منتظری هدش
    در این مقاله خواص الاستوپلاستیک یک نانوکامپوزیت پلیمری با تکیه بر تعدادی از عوامل مقیاس مزو مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور از ترکیب روش اجزای محدود با میکرومکانیک استفاده شده است. با توجه به ماهیت پیوند ناکامل نانولوله و ماتریس، برای جایگزین کردن نانولوله و ناحیه ی مشترک با یک تک رشته ی توپر، از روش چندمقیاسی اجزای محدود استفاده شده است. سپس با استفاده از روش میدان میانگین موری- تاناکا، منحنی های تنش-کرنش نانوکامپوزیت استخراج و با استفاده از آن، تاثیر زاویه ی قرارگیری نانولوله بر مدول یانگ، تاثیر طول نانولوله بر خواص الاستوپلاستیک و تاثیر کلوخه شدن نانولوله ها بر رفتار الاستوپلاستیک بررسی شده است. همچنین با بررسی طول نانولوله ها مشخص شد که نانولوله های دارای طول 10 تا 300 نانومتر، تاثیر قابل توجهی بر سفتی نانوکامپوزیت دارد، درحالی که تاثیر طول های کوتاه تر و بلندتر چندان قابل توجه نیست. همچنین، با صرفنظر از کلوخه شدن، افزایش کسر حجمی نانولوله ها منجر به افزایش سفتی نانوکامپوزیت می گردد. این در حالی است که کلوخه شدن نانولوله ها، منجر به کاهش سفتی نانوکامپوزیت می شود. تاثیر منفی این پدیده به حدی است که در برخی موارد، افزایش کسر حجمی نه تنها باعث افزایش سفتی نانوکامپوزیت نمی شود، بلکه آن را کاهش می دهد.
    کلید واژگان: نانوکامپوزیت پلیمری, منحنی تنش, کرنش, کلوخه شدن, طول نانولوله, زاویه قرارگیری}
    Majid Karimi, Rahmatollah Ghajar *, Abbas Montazeri
    In this article, elastoplastic properties of polymeric nanocomposites embedded with carbon nanotubes (CNTs) are explored with emphasis on the meso-scale phenomena. To this end, a combination of finite element method and micromechanics is implemented. Accordingly, at first, considering the non-bonded nature of nanotube/polymer interactions, a multiscale finite element method is employed to replace the matrix, CNT, and polymer atoms neighboring it with a perfectly bonded equivalent nanofiller. Subsequently, nanocomposite stress-strain curves are extracted based on the mean field homogenization approach. Using this model, the effects of CNTs orientation and their agglomeration on the mechanical behavior of nanocomposite samples are thoroughly studied. Moreover, it is found that to have an efficient reinforcing effect, the CNT length should be greater than 10 nm. On the other hand, it can be concluded that there is an optimum value of this parameter (i.e. 300 nm) above which, there is no any extra stiffening effect. Furthermore, regarding the CNTs agglomeration, it is revealed that although, theoretical investigations show that increasing CNT volume fraction(VF) leads to an increase in the stiffness, occurring this phenomenon can have a deteriorative role in terms of influencing the mechanical behavior of these nanocomposites at higher VFs.
    Keywords: Polymeric Nanocomposite, Stress-strain curve, Agglomeration, Nanotube length, Orientation}
  • رحمت الله قاجار، محمودمهرداد شکریه، علیرضا شجری
    در این تحقیق، اثر پدیده انباشتگی و پراکندگی تقویت کننده روی خواص ویسکوالاستیک نانوکامپوزیت های پلیمری تقویت شده با نانولوله کربنی بصورت پارامتریک مورد مطالعه قرار می گیرد. بدین منظور خواص کامپوزیت با روش میکرومکانیکی موری-تاناکا با فرض آرایش نانولوله بصورت کاملا تصادفی تعیین می شود. سپس با فرض تجمع نانولوله ها داخل نواحی کروی شکل، دو پارامتر جهت مدل سازی انباشتگی و پراکندگی نانولوله تعریف و در روابط میکرومکانیک اعمال می گردد و خواص داخل و خارج نواحی کروی و خواص کلی نانوکامپوزیت بدست می آیند. خواص پلیمر زمینه بصورت ویسکوالاستیک فرض شده که جهت شبیه سازی آن از مدل جامد خطی استاندارد که دارای 3 پارامتر ساختاری می باشد استفاده می شود. با توجه به وابسته به زمان بودن معادلات ساختاری ماده زمینه، استفاده مستقیم از روش های میکرومکانیک میسر نیست. لذا با استفاده از تبدیل لاپلاس، شکل جبری این معادلات در روابط روش موری-تاناکا وارد می گردند. جهت صحت سنجی مدل، نتایج حاصل از مدل سازی با داده های تجربی موجود برای نانوکامپوزیت پلیمری تقویت شده با نانولوله کربنی مقایسه می شوند. بررسی پارامترهای انباشتگی روی خواص نشان می دهد که هرچه نانولوله ها کمتر انباشته باشند، خواص ویسکوالاستیک بهتری حاصل می شود.
    کلید واژگان: نانوکامپوزیت پلیمری, نانولوله کربنی, ویسکوالاستیک, انباشتگی و پراکندگی}
    Rahmatollah Ghajar, Mahmood M. Shokrieh, Ali R. Shajari
    In this research, the effect of agglomeration and dispersion of the Carbon nanotubes (CNTs) on the viscoelastic properties of CNT-reinforced polymeric nanocomposites is investigated, parametrically. The effective properties of the nanocomposite are obtained by Mori-Tanaka micromechanical approach, assuming completely random oriented CNTs. Considering spherical shaped inclusions for CNTs agglomerated region, two parameters are presented and applied to Mori-Tanaka micromechanical method to model the agglomeration and dispersion of the CNTs. The polymeric matrix is assumed to be viscoelastic. The viscoelastic properties of polymer matrix are simulated by standard linear solid model with three structural parameters. Due to time-dependency of constitutive equation of the matrix, direct using of the micromechanical method is not possible. Hence, the constitutive equations of the matrix are transferred to the Laplace domain and algebraic form the mentioned equations are inserted to the Mori-Tanaka relations. To verify the model, predicted results of that are compared with available experimental data for CNT reinforced polymeric nanocomposites. Investigation of agglomeration parameters shows that the overall properties of the composite can be improved by decreasing agglomeration of the CNTs.
    Keywords: Polymeric Nanocomposite, Carbon Nanotube, Viscoelasticity, Agglomeration, Dispersion}
  • رحمت الله قاجار*، محمدرضا وراوی، صفا پیمان
    ضرایب شدت تنش استاتیکی و دینامیکی از پارامترهای مهم بررسی و پیش بینی رفتار شکست در اجسام ترک دار می باشند. در این پژوهش، از روش جابجایی برای محاسبه ضرایب شدت تنش استاتیکی و دینامیکی مواد تابعی استفاده می شود. میدان جابجایی به روش عددی و با استفاده از نرم افزار آباکوس به دست می آید. زیر برنامه ای به زبان فرترن نوشته می شود، تا به کمک آن بتوان، تغییرات پیوسته خواص مواد تابعی را در تحلیل عددی در نظر گرفت. شبکه المانی ناحیه حل با کاربرد المان های تکینی 8 گرهی ایجاد می شود. نرم افزار آباکوس توانایی محاسبه ضرایب شدت تنش در مواد تابعی را به صورت مستقیم ندارد. لذا برنامه ای به زبان متلب برای محاسبه این ضرایب تدوین می-گردد. با تحلیل یک نمونه تحت بار دینامیکی، رفتار شکست دینامیکی مواد تابعی ارتوتروپیک و تاثیر پارامتر ناهمگنی بر آن با در نظر گرفتن تغییرات مواد تابعی در دو راستای عمود برهم مورد بررسی قرار می گیرد. اعتبار سنجی روش با حل مسئله های همگن و تابعی با ترک مرکزی تحت بارهای استاتیکی و دینامیکی انجام می گیرد و نتایج با داده های موجود در تحقیقات پیشین مقایسه می گردد. نتایج نشان می دهند که اگر خواص ماده در راستای موازی ترک تغییر کند، با افزایش پارامتر ناهمگنی، ضریب شدت تنش دینامیکی مود I نوک ترک با سفتی بیشتر، افزایش می یابد. در حالی که برای تغییر خواص در راستای عمود بر ترک، این ضریب ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابد.
    کلید واژگان: ضرایب شدت تنش, مواد تابعی, روش جابجایی, پارامتر ناهمگنی, اجزاء محدود}
    Rahmatollah Ghajar*, Mohammad Reza Varavi, Safa Peyman
    Static and dynamic stress intensity factors are important parameters in the fracture behavior of the cracked bodies. In the present study the displacement correlation technique (DCT) is presented to calculate static and dynamic stress intensity factors of functionally graded materials (FGMs). The displacement field is obtained using finite element method (FEM) and ABAQUS software. To consider the variation of material properties, a subroutine is prepared in the UMAT subroutine of the software. Eight-node singularity elements are used in the FEM. As ABAQUS software is not able to calculate stress intensity factors of FGMs, so a MATLAB code is developed to obtain these factors. By analyzing an example under dynamic load, dynamic fracture behavior of orthotropic FGMs and effect of non-homogeneity parameter are investigated for two cases of material properties variation directions which are perpendicular to each other. To verify presented method, a center crack in a plate of homogeneous and FGM materials are analyzed under static and dynamic loads, the results are compared with data of literatures. The results show that, if the material properties vary parallel to the crack direction, the mode I dynamic stress intensity factor at the crack tip located in the stiffer part increases with increasing of non-homogeneity parameter, while for variation in the normal direction to the crack, this factor first increases and then decreases.
    Keywords: Stress intensity factors, Functionally graded materials, Displacement correlation technique, Non, homogeneity parameter, Finite Element Method}
  • رحمت الله قاجار *، میثم داودآبادی، حامد سعیدی گوگرچین
    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.
    کلید واژگان: دیسک دوار, تابع وزن دو بعدی, ضریب شدت تنش, ترک سطحی}
    Rahmatollah Ghajar*, Meysam Davoodabadi, Hamed Saeidi Googarchin
    A family of rotating disks used in Iranian turbine and compressor industry is investigated. Mechanical and thermal loads due to working condition would lead to the crack initiation in the inner surface of the disk. The aim of this paper is the development of the two-dimensional weight function for the rotating disks containing semi-elliptical longitudinal cracks. The general form of the two-dimensional weight function is related to the proposed weight functions for embedded cracked domain in literature. In order to determine the unknown coefficient of the weight function, the reference stress intensity factors for cracked geometry subjected to reference loads are calculated. The analysis indicated that the results are independent of the number of terms in proposed weight function expansion. Extracting the weight function for disks with from 90 to 420 mm thickness enables one to predict the stress intensity factor for cracks in the structure subjected to arbitrary loading. The stress intensity factor for each point on the crack front subjecting to one or two dimensional loads would be calculated using the derived weight function. The results reveal that the increasing of the height to thickness ratio in rotating disks leads to the increase of the stress intensity factor for high depth ratio crack ones. Results show that the configuration of the disk sections affects the stress intensity factors of the same aspect ratio cracks in the structures. The comparison of the results obtained from the weight function method and those obtained with FEM are in good agreement.
    Keywords: Rotating disk, Two, dimensional weight function, Stress intensity factor, Surface crack}
  • رحمت الله قاجار، فرزین توکلی
    در این مقاله، اثر پارامتر ناهمگنی بر ضریب شدت تنش در مواد تابعی ارتوتروپیک در نواری ترک دار بررسی می گردد. فرض می شود که خواص مکانیکی و حرارتی ماده وابسته به مختصه ی x (موازی با سطوح ترک) و تابع نمایی از x باشد. مساله برای ترک داخلی و لبه ای با دو روش معادلات انتگرالی و روش المان مربعات دیفرانسیلی تعمیم یافته حل می شود. بارگذاری حرارتی به گونه ای است که توزیع دما در نوار یکنواخت می باشد. به علت تغییر خواص مکانیکی و حرارتی، توزیع تنش حاصل از این بارگذاری، یکنواخت نمی باشد. در حل مساله با روش معادلات انتگرالی، ابتدا مساله ترموالاستیسیته بدون ترک و سپس مساله ترک هم دما به صورت جدا حل می شوند. با استفاده از این دو حل، مساله اصلی حل می شود. برای حل مساله ی ترک هم دما، پس از انجام تبدیلی روی معادلات بنیادی حاکم بر ماده ارتوتروپ و ساده سازی آن، معادلات ناویر با روش تبدیل فوریه حل می گردد. روش حل عددی مساله، روش المان مربعات دیفرانسیلی تعمیم یافته است که به منظور بررسی صحت نتایج روش معادلات انتگرالی فقط در یک حالت خاص در قالب نمودار آورده شده است. همچنین تاثیر دما برضریب شدت تنش به ازای مقادیر مختلف پارامتر ناهمگنی، مورد بررسی قرار می گیرد.
    کلید واژگان: مواد تابعی ارتوتروپیک, ضریب شدت تنش, ترک داخلی, روش المان مربعات دیفرانسیلی تعمیم یافته}
    Rahmatollah Ghajar, Farzin Tavakkoli
    In this paper, the effect of nonhomogeneous parameter in orthotropic Functionally Graded Material(FGM) in a cracked layer is investigated. It is assumed that the mechanical and thermal properties of material are dependent on x-coordinate (collinear with crack surfaces) in exponential form. The problem is solved for internal and edge crack in two way, integral equations and generalized differential quadrature method. Thermal loading is in a way that temperature distribution in the layer is uniform. Because of variation in mechanical and thermal properties, stress distribution due to this loading is not uniform. In the solution of problem with integral equations method, first, thermo-elasticity problem with no cracks and then isothermal crack problem are separately solved. Afterward with these solutions, the main problem will be solved. In order to solve isothermal crack problem, after conversion and simplifying the equations in orthotropic material, Navier's equations will be solved with the Fourier. Numerical solution of the problem is the generalized differential quadrature element method that is being presented for verification of the results of the integral equations for a specific state in the diagram format. Also the effect of temperature on intensity factor with various values of nonhomogeneous parameter is investigated.
    Keywords: Orthotropic FGMs, Stress intensity factor, Internal Crack, Generalized Differential Quadrature Element Method}
  • صفا پیمان، رحمت الله قاجار *

    در این مقاله، اثر میدان های کمکی و فاصله کانتورهای حجمی از نوک ترک، بر دقت محاسبه ضرایب شدت تنش مواد تابعی با روش انتگرال تعاملی مورد بررسی قرار می-گیرند. ابتدا با تعریف مناسبی از میدان های کمکی جابجایی، کرنش و تنش، رابطه سازی انتگرال تعاملی بدون هرگونه وابستگی به مشتق گیری از خواص مواد، انجام می شود. برای محاسبه انتگرال تعاملی، میدان های واقعی و کمکی جابجایی، کرنش و تنش استفاده می شوند. میدان های واقعی با روش اجزای محدود ایزوپارامتریک به دست می آیند. از سوی دیگر، میدان های جابجایی و تنش ویلیامز که بر مبنای خواص ماده نوک ترک به دست می آیند، به عنوان میدان های کمکی استفاده می گردند. این میدان های کمکی جز در نزدیکی نوک ترک مناسب نمی باشند. بنابراین از فرمولبندی های نامتعادل و ناسازگاری استفاده می شود، تا بتوان اثر تغییرات مواد را در نظر گرفت. سپس با در نظر گرفتن خواص مواد تابعی به صورت نمایی، جواب های به دست آمده از این فرمول بندی ها با جواب های موجود در مراجع دیگر مقایسه می شوند. در ادامه با در نظر گرفتن کانتورهای مختلف، اثر فاصله کانتور از نوک ترک بر ضرایب شدت تنش مواد تابعی مورد بررسی قرار می گیرد. نشان داده می شود، که پاسخ های به دست آمده از روش ناسازگاری و روش تانسور رفتاری ثابت مناسب تر می باشند. در حالی که، روش نامتعادل برای کانتورهای دور از نوک ترک مناسب نمی باشد و دقت آن کمتر است.

    کلید واژگان: ضرایب شدت تنش, روش انتگرال تعاملی, میدان های کمکی مواد تابعی, روش اجزای محدود ایزوپارامتریک}
    Safa Peyman, Rahmatollah Ghajar

    This paper concerns the effect of auxiliary fields and distance of contours from the crack tip on the accuracy of stress intensity factors of Functionally Graded Materials (FGMs), using the interaction integral method. In the first step, defining auxiliary fields of displacement, strain, and stress appropriately, the interaction integral is derived which is independent of derivatives of properties of the materials. Actual and auxiliary fields of displacement, strain and stress are used to compute the interaction integral. Actual fields are obtained by isoparametric finite element method, while auxiliary fields are constructed by use of the crack tip properties on the basis of William’s solution. These auxiliary fields are not appropriate, except near the crack tip. Therefore, different non-equilibrium and incompatibility formulations are used to consider the changes in non-homogeneous material. Considering the changes in FGMs as an exponential function, the results will be obtained from these formulations and are compared with others recorded in the literature. Furthermore, considering different contours, the effect of distance of contours from the crack tip on the stress intensity factors of FGMs is examined. The results confirm that the solutions using the incompatibility and constant constitutive tensor are more accurate. In contrast the non-equilibrium method is not proper for contours which are placed far away from the crack tip and presents less accuracy.

    Keywords: Stress intensity factors, Interaction integral method, Auxiliary fields of functionally graded materials, Isoparametric Finite element method}
  • Rahmatollah Ghajar*, Mahmood M. Shokrieh, Ali R. Shajari

    In this study, the analysis of transient thermoelastic response of a functionally graded (FG) non-axisymmetric viscoelastic cylinder is presented. The material properties are assumed to be time- dependent and radially and circumferentially non-homogeneous. The finite element (FE) formulations of the thermoelastic problem are obtained using the virtual work method and all the coupling terms are considered. According to material dependencies and nonlinearity of the constitutive equation, an iterative-based FE solution is suggested in order to solve thermo-elastic equations. The effects of material in homogeneities on the time-dependent response of mechanical and thermal components are investigated. From the results of this study, it is concluded that, using appropriate material inhomogeneities can improve the magnitudes of stress components, especially shear stress.

    Keywords: finite element method, functionally graded material, non-axisymmetric, transientthermoelasticity, viscoelastic}
  • رحمت الله قاجار، محمد شرعیات، سید حسین حسینی
    اکثر پژوهش های انجام شده در ارتباط با ضربه کم سرعت ورق، پاسخ ورق به ضربه مرکزی را در بر می گیرند و عموما برای حالت های بدون پیش بار انجام شده اند. در این مقاله به تحلیل عددی الاستیسیته غیرخطی ضربه کم سرعت خارج از مرکز ورق ساندویچی با رویه های کامپوزیتی تحت پیش بار دوبعدی پرداخته می شود و تاثیر انرژی ضربه زننده، سفتی هسته، ضخامت هسته، شکل هندسی ضربه زننده و وجود لایه های چسب در محل اتصال هسته به رویه ها در پاسخ ضربه مورد بررسی قرار می گیرد. برای این منظور، بجای استفاده از تئوری های تقریبی ورق، از شبیه سازی سه بعدی ضربه در نرم افزار آباکوس برای استخراج پاسخ های ضربه بر پایه تئوری الاستیسیته استفاده می شود. نتایج عددی با نتایج تجربی ارائه شده در مراجع دیگر مقایسه و صحت مدل عددی مورد تایید قرار می گیرد. نتایج نشان می دهند که در حالت ضربه خارج از مرکز و در حالت پیش بار دوبعدی کششی به دلیل کاهش آزادی حرکت کلی ورق، نیروی تماسی افزایش می یابد که نتیجه آن افزایش آسیب پدید آمده می باشد.
    کلید واژگان: ورق ساندویچی مستطیلی, ضربه خارج از مرکز, پیشبار صفحه ای, تحلیل اجزاء محدود غیرخطی}
    Rahmatollah Ghajar, Mohammad Shariyat, Seyed Hosein Hoseini
    Most of the studies done in low velocity impact of plates only involve plate’s response to centric impact and usually have been done in no-preload condition. In this study، nonlinear numerical elasticity analysis of eccentric low-velocity impact of rectangular sandwich plate with composite face sheets subjected to biaxial preloads، and the effect of indenter energy، the stiffness of core، the thickness of core، geometry of indenter and the existence of epoxy layers in the connection between core and face sheets on impact response are investigated. In this regard، impact 3D simulation in ABAQUS rather than approximate plate theories is utilized for extracting impact responses based on the three-dimensional theory of elasticity. Numerical results are compared with experimental data presented in other references and the numerical model is verified. The analysis results showed that the contact force increased due to the reduction of overall plate movement in the cases of eccentric impact and biaxial tension preloads، which result in augmentation of damage.
    Keywords: Rectangular sandwich plate, Eccentric impact, Inplane preload, Nonlinear finite element analysis}
  • رحمت الله قاجار، سید محمد نوید قریشی
    تحلیل خستگی یکی از مهمترین بخش های طراحی سکوهای فراساحلی است. این تحلیل با توجه به وجود نیروهای متناوب ناشی از امواج، جریانات دریایی، باد و غیره در محیط دریا از اهمیت ویژه ای برخوردار است. یکی از متداول ترین راه ها برای محاسبه عمر خستگی سکوهای دریایی استفاده از روش تنش نقطه حاد می باشد. در این روش تنش در پای جوش توسط برون یابی از توزیع تنش در مجاورت جوش که توسط روش اجزای محدود یا با استفاده از اندازه گیری کرنش بدست آمده است، تخمین زده می شود. در این مقاله برای محاسبه عمر خستگی سکوی حفاری نیمه شناور امیرکبیر ابتدا با توجه به اطلاعات و ابعاد موجود این سکو مدل سازی می شود. سپس با توجه به شرایط محیطی دریای خزر نیروهای هیدرودینامیکی وارده بر سکو ناشی از امواج دریا، جریان دریایی و باد محاسبه می شوند. در ادامه نیروهای هیدرودینامیکی محاسبه شده به سکو منتقل می شوند و میدان های تنش و کرنش ناشی از این نیروهای هیدرودینامیکی در کل سکو تعیین می گردد. با توجه به توزیع تنش و کرنش، محل اتصال ستون و پانتون به عنوان اتصال بحرانی در کل سکو شناسایی و عمر خستگی آن به روش تنش نقطه حاد با استفاده از برون یابی خطی و درجه دوم محاسبه می گردد.
    کلید واژگان: سکوی حفاری نیمه شناور, نیروهای هیدرودینامیکی, خستگی, تنش نقطه حاد}
    Rahmatollah Ghajar, Seyed Mohammad Navid Ghoreishi
    Offshore platforms are exposed to random cyclic loads imposed on the structure by natural phenomena including waves, sea currents, wind and etc, so fatigue analysis of these structures is one of the most important design steps. Hot spot method is one of the most common techniques for evaluating of the fatigue life of offshore platforms. In this approach, the stress adjacent to the weld is estimated by extrapolation from the stress distribution approaching the weld, as obtained by finite element method or perhaps from strain measurements on the surface. In order to calculate the fatigue life of Amir Kabir semi-submersible drilling platform, first a model of platform is created. Then according to the environmental conditions of the Caspian sea, hydrodynamic forces exerted on the platform are calculated. The simulated hydrodynamic forces are then applied to the platform structure for calculating the stress and strain fields in the whole structure. It is found that the intersection of column and pontoon is the critical section of the platform and hence the fatigue life of the structure is predicted in terms of conditions of this location.
    Keywords: Semi, submersible drilling platform, Hydrodynamic loads, Fatigue, Hot spot stress}
  • جواد علیزاده کاکلر، رحمت الله قاجار *

    ترک های زیرسطحی بیضوی از انواع ترک های شناسایی شده در سازه های مهندسی به ویژه در شرایط خستگی تماس غلتشی هستند. با توجه به عدم تقارن هندسی در این ترک ها، کوپلینگ مودهای شکست حادث شده و تحت بارگذاری برشی هر سه مود شکست بروز می نماید. در این مطالعه، با محاسبه ضرایب شدت تنش مود ترکیبی ترک های زیرسطحی بیضوی تحت بارگذاری برشی یکنواخت در دو راستا، کوپلینگ مودهای شکست مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور ابتدا مدل اجزا محدود پارامتریک سه بعدی ترک در فضای بی نهایت ایجاد و صحه گذاری شده است. سپس با نزدیک کردن ترک به یکی از سطوح فضا، ضرایب شدت تنش مود ترکیبی برای ضریب منظرهای 0.2-1.0 و نسبت عمق به طول ترک 0.05-1.0 محاسبه شده اند. براساس نتایج به دست آمده، کوپلینگ مودهای شکست زمانی بروز می نماید که ترک حداقل به اندازه طول خود به سطح فضا نزدیک شده باشد. با کاهش عمق ترک تا 0.05، اثر کوپلینگ مودها در بارگذاری برشی موجب افزایش حداقل 65 درصدی ضرایب شدت تنش برشی نسبت به فضای بی نهایت شده و می تواند مود کششی هم اندازه با مود برشی ایجاد نماید. با استفاده از برازش تابع، 6 رابطه تقریبی برای ضرایب شدت تنش مود ترکیبی هر نقطه از جبهه ترک زیرسطحی بیضوی تحت بار برشی یکنواخت در دو راستا ارائه شده است. به کمک این توابع می توان ضرایب شدت تنش ترک زیرسطحی با هر مقدار ضریب منظر و عمق را تحت بار برشی یکنواخت با راستای دلخواه، با خطای نسبی زیر 3/3 و 1درصد به ترتیب برای مود کششی و برشی محاسبه نمود.

    کلید واژگان: ترک زیرسطحی بیضوی, کوپلینگ مودهای شکست, مود ترکیبی, بار برشی یکنواخت, برازش تابع}
    Javad Alizadeh, Rahmatollah Ghajar

    Elliptical subsurface cracks are one of the probable types of cracks that occur in engineering structures, especially under rolling contact fatigue. Due to the non-symmetrical geometry, coupling of the fracture modes occurs in an elliptical subsurface crack and the crack under shear loading will experience all fracture modes. This paper investigates the coupling of the fracture modes of elliptical subsurface cracks under uniform shear loadings in two directions. First, a three-dimensional parametric finite element model of a crack in an infinite space has been developed and validated. Then, by moving the crack close to surface, mixed mode stress intensity factors (SIFs) have been calculated for cracks with aspect ratios of 0.2-1.0 and ratios of crack depth to crack length of 0.05-1.0. Based on the results, coupling of the fracture modes occur considerably when the crack depth becomes less than crack length. By decreasing of the crack depth from infinite to 0.05, shear SIFs and KImax/KIImax ratio increase at least up to 65% and 90%, respectively. Six equations for SIFs of the subsurface cracks under uniform shear loadings in two directions have been obtained by fitting to the finite element results. These equations can be used efficiently in high accurate calculation of the SIFs for subsurface cracks with any aspect ratio and depth under uniform shear loading with any direction.

    Keywords: Elliptical subsurface cracks, Coupling of the fracture modes, Mixed mode, Uniform shear loading, Curve fitting}
  • رحمت الله قاجار، کرامت ملک زاده فرد، محسن غلامی
    در این مقاله به تحلیل دینامیکی پوسته های کامپوزیتی دوانحنایی تحت ضربه سرعت پایین به روش تحلیلی پرداخته می شود. معادلات حرکت براساس تئوری برشی مرتبه اول (FSDT) برای شرایط مرزی ساده استخراج می گردد. تاریخچه نیروی تماسی از دو مدل جرم و فنر بهبودیافته و مدل کامل با استفاده از قانون غیرخطی تماس هرتز پیش بینی و با هم مقایسه می شوند. با درنظر گرفتن مولفه های جابه جایی به صورت سری فوریه دو گانه، معادلات حرکت پوسته و ضربه زننده به صورت کوپل با کدنویسی در نرم افزار Matlab با استفاده از روش گالرکین حل و پاسخ دینامیکی محاسبه می شود. در این مطالعه، اثر پارامتر های هندسی پوسته مانند تغییرات انحنا، نسبت طول انحناها، زاویه الیاف، تغییر جرم و سرعت ضربه زننده در یک سطح ثابت از انرژی ضربه زننده روی پاسخ ضربه از هر دو مدل تعیین و مقایسه می شوند.
    کلید واژگان: ضربه کم سرعت, پوسته کامپوزیتی دو انحنایی, مدل جرم و فنر, مدل کامل, قانون تماسی هرتز}
    Rahmatollah Ghajar, Keramat Malekzadeh, Mohsen Gholami
    In this paper, dynamic analysis of doubly curved composite shells under low velocity impact is studied analytically. The governing equations based on the first-order deformation theory (FSDT) are derived for simply supported boundary conditions. The contact force history is predicted using two models of complete and improved spring-mass. Considering the displacement components as the doubly Fourier series, equations of motion shell and impactor are solved analytically. By writing code in Matlab softwar, using Galerkin method, the dynamic response of shell is obtained.0 In this investigation, the effect of geometrical parameters, such as curvature changes, aspect ratio (curvature length ratio), fiber orientation, mass and velocity of impactor, with constant impact energy, on the impact response of shell is determined by two models.
    Keywords: Low Velocity Impact, Double Curved Composite Shell, Spring, Mass Model, Complete Model, Hertz Contact Law}
  • رحمت الله قاجار، صفا پیمان، علی شقاقی مقدم
    ضرایب شدت تنش دینامیکی از پارامترهای مهم برای بررسی، شناخت و پیش بینی رفتار دینامیکی شکست در اجسام دارای ترک می باشند. در این مقاله، روش انتگرال تعاملی برای محاسبه ضرایب شدت تنش دینامیکی مواد تابعی با ترک سه بعدی به کار گرفته می شود. با تعریف مناسبی از میدان های کمکی جابجایی، کرنش و تنش، انتگرال تعامل بدون هرگونه وابستگی به مشتق گیری از تغییرات خواص مواد مزبور، به دست می آید. حل عددی با در نظر گرفتن تغییرات پیوسته ضریب ارتجاعی ماده و با استفاده از روش اجزای محدود انجام می گیرد. اعتبار سنجی روش مورد استفاده با حل مساله های همگن و تابعی با ترک مرکزی، بیضوی و لبه ای تحت اثر بارهای استاتیکی و دینامیکی انجام می شود. در ادامه با در نظر گرفتن تغییرات خواص مواد به صورت نمایی در دو جهت داخل و عمود بر صفحه ترک، اثرات گرادیان ضریب الاستیسیته بر ضرایب شدت تنش استاتیکی و دینامیکی مواد تابعی مورد بررسی قرار می گیرد. نشان داده می شود، که تغییر خواص ماده همواره موجب کاهش قابل توجه ضریب شدت تنش دینامیکی جسم تابعی نسبت به ماده همگن می گردد. در حالی که مشخص می گردد، با توجه به راستای تغییر خواص ماده، ضریب شدت تنش استاتیکی جسم تابعی نسبت به ماده همگن ممکن است افزایش یا کاهش یابد.
    کلید واژگان: ضرایب شدت تنش دینامیکی, روش انتگرال تعامل, مواد تابعی, روش اجزای محدود}
    Rahmatollah Ghajar, Safa Peyman, Ali Shaghaghi
    To investigate, understanding and predicting dynamic fracture behavior of a cracked body, dynamic stress intensity factors (DSIFs) are important parameters. In the present work interaction integral method is presented to compute static and dynamic stress intensity factors for three-dimensional cracks contained in the functionally graded materials (FGMs), and is implemented in conjunction with the finite element method (FEM). By a suitable definition of the auxiliary fields, the interaction integral method which is not related to derivatives of material properties can be obtained. For the sake of comparison, center, edge and elliptical cracks in homogeneous and functionally graded materials under static and dynamic loading are considered. Then material gradation is introduced in an exponential form in the two directions in and normal to the crack plane. Then the influence of the graded modulus of elasticity on static and dynamic stress intensity factors is investigated. It has been shown that, material gradation has considerable reduce influence on DSIFs of functionally graded material in comparison with homogenous material. While, static stress intensity factors can decrease or increase, depend on the direction of gradation material property.
    Keywords: Dynamic stress intensity factors (DSIFs), Interaction integral method, Functionally graded materials (FGMs), Finite Element Method}
  • رحمت الله قاجار، جواد علیزاده کاکلر
    یکی از انواع ترک های مشاهده شده در سازه های مکانیکی، ترک های زیرسطحی بیضوی هستند. در این ترک ها، به دلیل عدم تقارن هندسی نسبت به سطح ترک، پدیده کوپلینگ مودهای شکست منجر می شود که تحت بارگذاری کششی، ترک هر سه مود شکست را تجربه نماید. تحت بارگذاری کششی، مود III ناشی از پدیده کوپلینگ مودها قابل صرف نظر ولی مود II قابل ملاحظه می باشد. در این مطالعه، تابع وزن دوبعدی مود ترکیبی ترک های زیرسطحی بیضوی موازی با سطح تحت کشش برای نسبت منظرهای 0.2، 0.4، 0.6، 0.8، 1.0 و نسبت عمق ترک به طول ترک های 0.05، 0.06، 0.08، 0.1، 0.14، 0.2، 0.3، 0.5، 1.0 استخراج شده است. برای استخراج توابع وزن، از کشش یکنواخت اعمال شده روی سطوح ترک به عنوان بارگذاری مرجع استفاده شده است. با برازش تابع با دقت بالا روی ضرایب تابع وزن به دست آمده، تابع وزن ارائه شده برای هر مقداری از نسبت منظر و نسبت عمق به طول ترک قابل استفاده شده است. به منظور صحه گذاری تابع وزن به دست آمده، ضرایب شدت تنش مود ترکیبی تمام نقاط جبهه ترک تحت توزیع تنش های خطی، بیض گون و مثلثاتی با استفاده از آن محاسبه شده و با نتابج اجزامحدود مورد مقایسه قرار گرفته است. مقایسه نتایج، دقت بالا و میانگین خطای نسبی زیر 7 درصد را نشان می دهد. به کمک توابع وزن ارائه شده می توان ضرایب شدت تنش مود ترکیبی ترک زیرسطحی بیضوی با هر ضریب منظر و عمقی را تحت هر توزیع بار کششی دلخواه محاسبه نمود.
    کلید واژگان: ترک زیرسطحی بیضوی, تابع وزن دوبعدی, کوپلینگ مودهای شکست, مود ترکیبی}
    Rahmatollah Ghajar, Javad Alizadeh
    Elliptical subsurface cracks are one of the probable types of cracks that occur in engineering structures. Due to the non-symmetrical geometry with respect to the crack surface, coupling of the fracture modes occurs in an elliptical subsurface crack and so, the crack under normal loading will experience all fracture modes. Mode III caused by the coupling effect under normal loading is negligible whereas mode II is significant. In this paper, mixed mode two dimensional weight functions of the elliptical subsurface cracks parallel to the surface are derived for aspect ratios of αlpha=0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0 and ratios of crack depth to crack length of Betta=0.05, 0.06, 0.08, 0.1, 0.14, 0.2, 0.3, 0.5, 1.0. Mixed mode stress intensity factors under uniform normal loading are used as reference stress intensity factors. By curve fitting on the calculated weight functions coefficients, the derived weight functions are able to be used for any αlpha and Betta. To verify the weight functions, the stress intensity factors of all points of the crack front are calculated under linear, elliptic paraboloid and trigonometric paraboloid stress distributions and compared to the finite element results. Comparison of the results shows high accuracy with mean relative error less than 7%. Using derived weight functions, mixed mode stress intensity factors of the subsurface elliptical crack can be determined for any αlpha and Betta and under any normal stress distributions.
    Keywords: Elliptical subsurface crack, Two dimensional weight function, Coupling of the fracture modes, Mixed mode}
  • رحمت الله قاجار، اکبر رصاف سهی
    در پژوهش حاضر اثر شکل ضربه زننده و دماهای بالا بر روی پاسخ صفحات کامپوزیتی مورد بررسی قرار گرفته است. کامپوزیت مورد استفاده از جنس شیشه/اپوکسی، ابعاد 3×120×120 میلیمتر، جرم ضربه زننده 7 کیلوگرم و سرعت برخورد 4/1 متر بر ثانیه می باشد. جهت انجام آزمایش ضربه از دستگاه وزنه افتان، و برای بررسی اثر شکل ضربه زننده از چهار نوع ضربه زننده تخت، نیم کروی، مخروطی و سهموی استفاده شده است. میزان آسیب، زمان برخورد، بیشینه نیروی برخورد، انرژی جذب شده و جابجایی برای چهار ضربه زننده مختلف با یکدیگر مقایسه شده اند. هرچه سر ضربه زننده پهن تر باشد زمان برخورد کمتر و بیشینه نیروی برخورد بیشتر خواهد بود. ناحیه آسیب ضربه زننده مخروطی از همه بیشتر است. ضربه زننده تخت بر خلاف سه نمونه دیگر دارای مرز ناحیه آسیب مشخصی نمی باشد. همچنین جهت بررسی اثر دما بر روی پاسخ کامپوزیت، دماهای آزمایش را بین دمای اتاق و 150 درجه سانتیگراد تغییر داده و پارامترهایی مانند بیشینه نیروی برخورد، جابجایی و انرژی جذب شده مورد بررسی قرار گرفته اند. با افزایش دما بیشینه نیروی برخورد کاهش و جابجایی افزایش می یابد ولی انرژی جذب شده با تغییر دما تغییر چندانی نمی کند.
    کلید واژگان: ضربه سرعت پایین, ورق کامپوزیتی, شکل ضربه زننده, دما}
    Rahmatollah Ghajar, Akbar Rassaf Sohi
    In this research, low velocity impact tests have been carried out on laminated composite plates to investigate the impactor shape and temperature effect on the dynamic behavior and material damage. The woven E glass/ epoxy laminates were manufactured. The studies have been done on plate with dimensions of 120 mm× 120 mm× 3 mm, impactor with 1.4 m/s incident velocity and 7 kg mass. Specimens have been impacted by using steel flat, hemispherical, ogival and conical impactors, all 12.7 mm in diameter. The specimens impacted by the conical impactor absorbed most energy because of local penetration. The flat impactor caused the highest peak force and lowest contact duration as expected. The force history of the impactor, projectile displacement and absorbed energy of different impactor shapes has been measured and compared with each other. The temperatures were in the range of room temperature to 150 °C. The parameters including maximum contact force, projectile displacement and the absorbed energy of different temperature have been investigated. Maximum contact force decreased with increasing of temperature, and deflection of impactor increased with increasing of temperature.
  • رحمت الله قاجار، محمد عباسپورنیاسانی، حامد سعیدی گوگرچین
    در این پژوهش، به بررسی ضریب شدت تنش مود اول ترک محیطی نیم بیضوی در سطح خارجی استوانه با نسبت شعاع به ضخامت 30 پرداخته می شود. این استوانه ها در سکوهای حفاری نیمه شناور کاربرد دارد. ابتدا بر اساس معادلات ترموالاستیسیته نیمه کوپل، میدان تنش در استوانه ای تحت بارهای حرارتی و مکانیکی استخراج می گردد. سپس، با استفاده از نتایج سه بارگذاری مرجع بر روی جبهه ترک، توابع وزن عمیق ترین نقطه و نقاط سطحی ترک استخراج می شود. با استفاده از میدان تنش ترموالاستیسیته و توابع وزن استوانه ترکدار، روابطی صریح برای ضریب شدت تنش این نقاط استخراج می گردد. اختلاف ضریب شدت تنش حاصل از توابع وزن پیشنهادی با نتایج حاصل از روش اجزاء محدود و نتایج تحقیقات دیگران در تطابق خوبی قرار دارد. اثرات اندرکنش بارهای حرارتی و مکانیکی در ضریب شدت تنش نیز مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهند که، ضریب شدت تنش بی بعد عمیق ترین نقطه و نقاط سطحی ترک، با افزایش نسبت بار، به ترتیب کاهش و افزایش می یابند.
    کلید واژگان: ترک نیم بیضوی, ضریب شدت تنش, استوانه ترکدار, بارگذاری حرارتی و مکانیکی}
    Rahmatollah Ghajar, Mohammad Abbaspour, Hamed Saeedi Googarchin
    In this study، the first mode of stress intensity factor of semi-elliptical circumferential crack in the outer surface of a cylinder with radius to thickness ratio of 30، is investigated. The cylinder is applied in semi-submersible drilling platforms. First، the stress field of the cylinder under thermal and mechanical loads is extracted based on semi couple thermo-elastic equations. Then، the weight functions are derived for deepest and surface points using three reference loads results. Explicit expressions of stress intensity factors for surface and deepest points are presented using thermo-elastic stress field and the weight functions of the cracked cylinder. The results obtained by proposed weight functions and those obtained by finite element method and those presented in the literatures have a good accuracy. The interaction effects of thermal and mechanical loads on the stress intensity factors are studied. The results show that with increasing load ratio، the dimensionless stress intensity factors of deepest and surface points، decrease and increase، respectively.
    Keywords: Semi, elliptical Crack, Stress intensity factor, Cracked Cylinder, Thermal, Mechanical Loading}
  • رحمت الله قاجار، حامد سعیدی گوگرچین
    لوله ی جدارضخیم اتوفرتاژ حاوی ترک طولی نیم بیضوی مورد مطالعه قرار می گیرد. جهت بررسی تغییرات ضریب شدت تنش روی جبهه ی ترک، ابتدا تابع وزن دوبعدی لوله ی ترکدار استخراج می شود. این تابع وزن می تواند ضریب شدت تنش تمام نقاط روی جبهه ی ترک را محاسبه کند، همچنین، به کمک این تابع وزن امکان درنظر گرفتن بارگذاری های پیچیده بر روی سطح ترک از جمله بارهای ناشی از گرادیان فشار محوری در لوله های کوتاه و لوله های انتها باز میسر می شود. نتایج نشان می دهد که بر خلاف لوله های تحت فشار یکنواخت، در لوله های تحت گرادیان فشار، بیشترین ضریب شدت تنش لزوما در عمیق ترین نقطه و نقاط سطحی نخواهد بود. در لوله های اتوفرتاژ بیشترین ضریب شدت تنش عموما در نقاط غیرسطحی رخ می دهد. نتایج ضریب شدت تنش حاصل از روش تابع وزن دوبعدی با نتایج حاصل از روش اجزا محدود از تطابق خیلی خوبی برخوردار است. پیش بینی شکل جبهه ی ترک خستگی با استفاده از تابع وزن دوبعدی می تواند دقیق تر از تابع وزن یک بعدی باشد.
    کلید واژگان: تابع وزن دوبعدی, لوله جدارضخیم, ضریب شدت تنش, گرادیان فشار}
    Rahmatollah Ghajar, Hamed Saeidi Googarchin
    The autofrettaged thick-walled tube containing semi-elliptical crack is investigated. To study the variation of stress intensity factor on crack front، at first، two dimensional weight function is extracted. Stress intensity factor of all points on crack front can be calculate using proposed weight function، also، the complicated loading on crack faces including the loads due to axial gradient pressure in short cylinder and open-end tubes can be considered. Results show that، opposite of the cylinder subjected to uniform pressure، in pipes under gradient pressure، the maximum stress intensity factor are not necessarily on deepest point and surface points. The maximum stress intensity factor occurs on non-surface points in autofrettaged tubes. The results obtained from two dimensional weight function method have a good accuracy with the results obtained from finite element method. Prediction of fatigue crack configuration using two dimensional weight function can be more accurate than those obtained from one dimensional weight function.
    Keywords: Two dimensional weight function, Thick, Walled Tube, Stress intensity factor, Pressure Gradient}
  • رحمت الله قاجار، سید محمدرضا خلیلی، مهدی یارمحمدی توسکی
    در این تحقیق، بررسی تجربی و عددی ضربه تکراری با سرعت کم بر روی ورق آلومینیم انجام می گیرد. روش مکانیک آسیب محیط پیوسته بر اساس مدل لمتق جهت بررسی واماندگی استفاده می شود. شبیه سازی عددی توسط نرم افزار اجزا محدود آباکوس انجام و کدنویسی آسیب با استفاده از زیر برنامه وی.یو.مت انجام می گردد. ضربه های تکراری با انرژی مساوی بر روی ورق اصابت می کند. در ضربه اول اثر پلاستیسیته بر روی ورق دیده می شود. با اعمال ضربات بعدی اثر کرنش سختی تا قبل از ترک در آلومینیم ملاحظه می شود. بعد از ایجاد ترک سفتی سازه کاهش می یابد و با انجام ضربه های بعدی افت سفتی و آسیب در ورق افزایش یافته و در نهایت فرورفتن و سوراخ شدن اتفاق می افتد. همچنین صحت سنجی مدل حاضر با نتایج آزمایشگاهی انجام می گیرد بطوری که مقایسه نتایج تجربی و عددی نمودارهای نیرو-زمان و نیرو-جابجایی توافق خوبی را نشان می دهد.
    کلید واژگان: ضربه تکراری, مکانیک آسیب محیط پیوسته, سوراخ شدن, انرژی جذب شده, نیروی تماسی}
    Rahmatollah Ghajar, Seyed Mohammad Reza Khalili, Mehdi Yarmohammadi
    In this study، repeated low velocity impacts on aluminum plate are investigated experimentally and numerically. In order to investigate the failure mechanism، Lemitre''s model of the continuum damage mechanics is used. Numerical simulation is carried out employing a Vumat subroutine in Abaqus FE package. Repeated impacts are performed on the plate with the same level of energy. Plastic deformation is observed on the plate in the first impact. During the subsequent impacts and prior to crack initiation، the effect of strain hardening on the aluminum plate is observed. After crack initiation، the stiffness of the structure decreases. As the impacts continue، stiffness further decreases and the damage area increases، finally perforation and penetration appear on the plate. Also، the present model is validated by the experimental results. Comparison of numerical with experimental results shows a good agreement for the force-time and force-displacement histories.
    Keywords: Repeated impact, Continuum damage mechanics, Perforation, Absorbed energy, Contact force}
  • Giuseppe Mirone, Arash Keshavarz, Rahmatollah Ghajar
    X-100 steel is one of the most recently developed materials for production of gas transportation pipelines. This material is severely anisotropic. Smooth and notched round bars with different notch radius and flat notched specimens with different notch radius and notch depth in tension are tested to characterize the failure of this material under quasi-static loading condition.Triaxiality factor that embodies the effect of mean stress and Lode angle are the parameters that affect the failure. Lode angle is a recently introduced parameter in the fracture of ductile materials and contains the effect of third invariant of deviatoric stress tensor. The load-displacement curves and pictures taken by 2 photo camera are used to study the effects of anisotropy, triaxiality factor and Lode angle on the failure of this material. Finally an experimental failure criterion is developed to model the failure of this material. In this failure criterion, strain at fracture initiation is a function of X and TF. Models that take into account the effect of Lode angle, Triaxiality factor and anisotropy in plasticity and damage are the current state of the art in the research of ductile materials.
  • Rahmatollah Ghajar, Javad Alizadeh

    In the last decade, decrease of the wear rate, increase in the axel load, and the velocity of the trains have changed the main damage mechanism of railway wheels from wear to rolling contact fatigue (RCF). RCF may lead to surface and subsurface cracks. The interaction between wear and RCF, removes the surface cracks, but the subsurface crack propagate gradually, and may lead to deeper and more dangerous fractures. In this study, by considering an elliptical subsurface crack, the lifetime of an Iranian railway system wheel has been predicted using FEM, and under RCF condition. To this end, a 3D model of a cracked R7T wheel with 920mm diameter in contact with UIC60 rail has been prepared and analyzed in Abaqus FEM software. The histories of the stress intensity factors of the subsurface crack have been extracted in one cycle wheel rolling. Then, equivalent stress intensity factors have been calculated using Tanaka and Liu-Mahadevan models. Finally, wheel lifetime has been predicted by Walker relation. This paper provides a local criterion of critical crack length and crack growth lifetime that is essential for frequent inspections of railroad wheel.

  • Rahmatollah Ghajar, G. R. Rashed
    Engineers have a range of methods to estimate the fatigue life under multiaxial conditions. Each of these predictive methods is generally subjected to restrictions, related to the inherent simplified assumptions. The objective of this paper is to evaluate the validity of commonly used multiaxial fatigue criteria for different multiaxial loading conditions. The best criterion is identified through comparative analysis. The assessment is based on the experimental research findings of the SAE notched shaft, which is used as a benchmark [1]. The relative performance of three of existing multiaxial fatigue theories based on the strain criteria and the critical plane approaches are investigated. There is not any fixed strain life criterion that can predict the fatigue life best for different loading. Among all the critical plane models considered, Fatemi and Socie model [2] gives best fatigue life prediction for both multiaxial in phase and 90° out of phase loading cases.
    Keywords: Multiaxial fatigue, Critical plane, Finite element, Nonproportional}
  • غلامرضا راشد، رحمت الله قاجار، سیدجلال الدین هاشمی
    در هنگام حفاری توسط کشتی ها و یا نیمه غوطه ورهای حفاری، رشته حفاری در اولین اتصال از لوله حفاری با لوله چندبر، دچار خمش ناشی از حرکات غلتش حول محور طولی و یا چرخش حول محور عرضی شناور می شود. تنش های چرخه ای ناشی از این خمش در هر نقطه از رشته حفاری تابعی از زاویه غلتش شناور، موقعیت لوله چندبر در بوش، و نیروی کشش قلاب می باشند. در این مقاله ابتدا آسیب خستگی تجمعی لوله حفاری متصل به لوله چندبر ناشی از این تنش های چرخه ای و در طی مدت پیمایش لوله چندبر محاسبه شده و اثرات تغییر مقدار دامنه تنش چرخه ای نیز در نظر گرفته می شود. سپس پنج مدل خستگی چند محوره در شرایط بارگذاری دامنه متغیر (مشابه شرایط اعمالی به لوله حفاری) ارزیابی می شود. با مقایسه نتایج عمر خستگی پیش بینی شده توسط این مدل ها با نتایج قابل دسترس از آزمایش های خستگی چند محوره در بارگذاری دامنه متغیر محوری- پیچشی، دیده می شود که نتایج مدل ترکیبی روش صفحه بحرانی و روش انرژی، نسبت به دیگر مدل های خستگی چند محوره در بارگذاری چند محوره دامنه متغیر، تطابق بهتری با نتایج تجربی داشته و برای تعیین عمرخستگی لوله حفاری قابل قبول می باشد.
    کلید واژگان: خستگی چند محوره, بارگذاری دامنه متغیر, لوله حفاری, کشتی حفاری, زاویه غلتش}
    Gholamreza Rashed, Rahmatollah Ghajar, Seyed Jalalodin Hashemi
    During the offshore drilling operations by drillships or semisubmersible vessels the drillstring in its first drilljoint to the Kelly suffers bending due to float vessel roll or pitch. The cyclic bending stress at any point along the drillstring, is a function of the roll or pitch angle, Kelly position in bushing, and hookload. The cumulative fatigue damage of the drillpipe due to cyclic stresses near the drillpipe connection to Kelly has been calculated in this paper. The effects of the cyclic stress amplitude variation are also taken into account. Then five multiaxial fatigue models are evaluated under variable amplitude loading (similar to drillpipe loading) conditions. Comparing the results of the five models predictions by the muliaxial fatigue tests experimental data under variable amplitude axial-torsional loading, show that the combined critical plane and energy models predict the fatigue life better than the others. It works much better for variable amplitude loading than the existing models.
بدانید!
  • در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو می‌شود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشته‌های مختلف باشد.
  • همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته می‌توانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال