Estimation of mixed-mode I/II fracture of U-notched polycarbonate specimens using the TCD and SED methods

Abstract

Университет нефти и полезных ископаемых имени короля Фахда, Дахран, 31261, Саудовская Аравия Поликарбонат находит широкое применение в различных отраслях промышленности, таких как автомобилестроение, электроника, биомедицина и солнечная энергетика. Как правило, из поликарбоната изготавливают детали сложной формы, подвергающиеся сильным механическим нагрузкам. Наличие в таких деталях отверстий, канавок и надрезов, которые являются местами концентрации напряжений, снижает их несущую способность. Поэтому важно понимание механического поведения поликарбоната с надрезами различной формы. В реальных условиях надрезы могут располагаться под разными углами по отношению к приложенной нагрузке и приводить к сложному нагруженному состоянию со смешанной модой I/II. Данное исследование выполнено на образцах поликарбоната с U-образным надрезом различной геометрии (глубина, радиус, угол наклона). Образцы испытывали при квазистатическом нагружении, для ряда образцов анализ выполнен с использованием метода цифровой корреляции изображений. Разрушение исследуемых образцов анализировали с помощью двух линейно-упругих методов: точечного метода теории критического расстояния (the theory of critical distance with the point method, TCD-PM) и плотности энергии деформации на основе концепции эквивалентного материала (strain energy density with the equivalent material concept, SED-EMC). Удовлетворительные оценки с погрешностью от -4 до 2.5 % были получены при использовании TCD-PM метода. Оценки, полученные методом SED-EMC, имеют погрешность в пределах ±13 %.Ключевые слова: смешанная мода нагружения I/II, вязкое разрушение, U-образный надрез, теория критического расстояния (TCD), плотность энергии деформации (SED), корреляция цифровых изображений