Civil Engineering Commons^™

การจำลองการเติบโตของรอยร้าวล้าภายใต้สภาวะโหมดผสมในแผ่นเหล็กโดยใช้วิธีเอกซ์เทนเด็ดไฟไนต์เอลิเมนต์, อรรถสิทธิ์ ชูแสงศรี

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้นำเสนอการจำลองการเติบโตของรอยร้าวล้าภายใต้สภาวะโหมดผสมในแผ่นเหล็กและการทำนายอายุความล้าโดยใช้วิธีเอกซ์เทนเด็ดไฟไนต์เอลิเมนต์ โดยในการจำลองการเติบโตของรอยร้าวล้าได้ใช้วิธี interaction integral ในการวิเคราะห์ค่าตัวประกอบความเข้มของความเค้น และใช้สมการของปารีสในการกำหนดอัตราการเติบโตของรอยร้าวล้า ภายหลังการตรวจสอบความเหมาะสมของผลจากแบบจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์กับงานวิจัยก่อนหน้า ได้ใช้แบบจำลองเพื่อศึกษาปัจจัยที่ส่งผลกระทบต่ออายุความล้าและวิถีรอยร้าวของแผ่นเหล็กที่มีรอยร้าวที่ขอบภายใต้โหมดผสม ได้แก่ 1. มุมเอียงของรอยร้าวเริ่มต้น 2. อัตราส่วนหน่วยแรงเฉือนต่อหน่วยแรงตั้งฉาก 3. ขนาดของรอยร้าวเริ่มต้นและ 4. การซ่อมแซมด้วยการติดแผ่นเหล็กด้านข้าง จากผลการจำลองพบว่า ในการศึกษาผลกระทบมุมเอียงของรอยร้าวเริ่มต้นแสดงให้เห็นว่าวิถีการเติบโตของรอยร้าวมีทิศเบี่ยงลงเมื่อเทียบกับวิถีรอยร้าวของโหมด 1 ในทุกกรณีของมุมเอียงและอายุความล้ามีค่าเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อมุมเอียงของรอยร้าวเริ่มต้นมากกว่า 45 องศา ภายใต้แรงกระทำแบบผสม ค่าอัตราส่วนหน่วยแรงเฉือนต่อหน่วยแรงตั้งฉากส่งผลกระทบโดยตรงกับอายุความล้า เมื่อกำหนดให้ค่าอัตราส่วนหน่วยแรงเฉือนต่อหน่วยแรงตั้งฉากมีค่าเท่ากับ 0 0.1 0.25 0.5 1.0 1.5 และ 2.0 ตามลำดับ โดยที่ให้ค่าหน่วยแรงตั้งฉากมีค่าคงที่เท่ากับ 10 MPa พบว่าค่าอัตราส่วนหน่วยแรงเฉือนต่อหน่วยแรงตั้งฉากมีค่ามากขึ้นจะทำให้อายุความล้ามีค่าลดลงอย่างมากและเมื่อแรงเฉือนมีค่าเพิ่มขึ้นส่งผลให้วิถีรอยร้าวมีทิศทางเบี่ยงลงมากขึ้นเมื่อเทียบกับแนวราบ เนื่องจากตัวประกอบความเข้มของความเค้นในโหมด 2 (KII) มีค่ามากขึ้นทำให้มุมการเติบโตของรอยร้าวมีค่ามากขึ้นตามไปด้วย การศึกษาผลกระทบของขนาดของรอยร้าวเริ่มต้นพบว่ามีผลกระทบโดยตรงกับอายุความล้า โดยที่ขนาดของรอยร้าวเริ่มต้นมีค่าเท่ากับ 5 10 และ 15 mm เมื่อขนาดของรอยร้าวเริ่มต้นมีค่ามากขึ้นจะทำให้อายุความล้ามีค่าลดลง จากปัจจัยทั้งสามที่ศึกษาทำให้ทราบถึงพฤติกรรมการเติบโตของรอยร้าวและปัจจัยที่ส่งผลกระทบต่ออายุความล้าของแผ่นเหล็กภายใต้แรงกระทำแบบโหมดผสม นำไปสู่การซ่อมแซมด้วยการติดแผ่นเหล็กเสริมด้านข้างเป็นการซ่อมแซมที่ทำให้อายุความล้าเพิ่มขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพและรูปแบบการซ่อมแซมที่ดีที่สุดคือการเสริมเฉพาะที่ขอบด้านที่พบรอยร้าว (ด้านที่มีรอยร้าวเริ่มต้น) รองลงมาคือการเสริมที่ขอบทั้งสองด้านและสุดท้ายคือการเสริมเฉพาะที่ขอบด้านที่ไม่พบรอยร้าว (ด้านที่อยู่ตรงข้ามกับรอยร้าวเริ่มต้น) จะช่วยทำให้อายุความล้ามีค่าเพิ่มขึ้นน้อยที่สุดเมื่อเทียบกับอีกทั้งสองรูปแบบในกรณีรับแรงกระทำแบบผสม