Evaluation of the geometrical discontinuity effect on mixed-mode I/II fracture load of FDM 3D-printed parts

材料科学 弯曲 不连续性分类 复合材料 断裂(地质) 扩展有限元法 间断(语言学) 断裂力学 脆性 应变能密度函数 有限元法 结构工程 应变能释放率 压力(语言学) 三点弯曲试验 失效模式及影响分析 数学 工程类 数学分析 语言学 哲学
作者
Behnam Ameri,Fathollah Taheri‐Behrooz,M.R.M. Aliha
出处
期刊:Theoretical and Applied Fracture Mechanics [Elsevier BV]
卷期号:113: 102953-102953 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.tafmec.2021.102953
摘要

The main objective of this manuscript is to evaluate the capability of the fracture criteria and numerical methods to predict fracture properties of the specimens fabricated using the Fused Deposition Modelling (FDM) 3D-Printing method. Different thermoplastic materials are 3D printed in Semi-Circular Bending (SCB) specimens configuration and subjected to three-point bending loading to investigate their failure behaviour, including final load-bearing and crack path trajectory. The Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) due to its brittle behavior, was selected for the mixed mode fracture study. The SCB samples with various pre-crack angles indicating different modes of loading conditions are manufactured. Cracked SCB specimens are produced with and without geometrical discontinuities as holes to verify the effect of stress concentration on their fracture behavior. The results of the three-point bending tests demonstrated that the Extended Finite Element-Cohesive Zone Model (XFEM-CZM) and Average Strain Energy Density (ASED) criterion are capable of predicting the fracture behavior of the 3D-Printed ABS material under mixed-mode I/II loading. The appropriate XFEM-CZM damage criterion was used to estimate the crack growth path. The final failure load was obtained using the ASED and XFEM criteria. The maximum error rate between the experimental results and the presented theories was 10%, which confirms the employed criteria' accuracy. The results showed that a stress raiser like a hole in the 3D-Printed specimens might reduce the loading capacity of the material by 17%.
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