عنوان

آنالیز گسترش ترک خستگی در نمونه‌های انبساط سرد

‭۱۴۹۹۵پ‬

per

آنالیز گسترش ترک خستگی در نمونه‌های انبساط سرد

/سیما فرشباف

: مهندسی مکانیک

، ‮‭۱۳۹۳‬

چاپی

کارشناسی ارشد

مهندسی مکانیک گرایش طراحی کاربردی

‮‭۱۳۹۳/۱۱/۱۲‬

تبریز

اتصالات مکانیکی که شامل پیچ، پرچ و مهره می‌باشد، به طور گسترده‌ای در سازه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند .این اتصالات در مقابل خستگی آسیب‌پذیر هستند زیرا وجود سوراخ باعث به وجود آمدن تمرکز تنش می‌شود .یکی از راه‌های جبران این آسیب‌پذیری و افزایش عمر خستگی، ایجاد تنش پسماند فشاری در اطراف سوراخ است .در سوراخ‌های کوچک می‌توان تنش پسماند فشاری را با فرآیند انبساط سرد ایجاد کرد .در این روش یک جسم خارجی که قطر آن بزرگتر از قطر سوراخ است، از یک طرف قطعه وارد سوراخ شده و از طرف دیگر خارج می‌شود .با توجه به اینکه قطر جسم خارجی از قطر سوراخ بزرگتر است ماده اطراف سوراخ تغییر شکل داده و پس از اتمام عملیات، تغییر شکل الاستیک ماده بازگشته و باعث به وجود آمدن تنش پسماند فشاری مماسی در اطراف سوراخ می‌شود .تنش پسماند فشاری اطراف سوراخ تاثیر بسزایی بر مقاومت در برابر خستگی دارد زیرا باعث کاهش تنش برآیند در هنگام بارگذاری کششی می‌شود .مدل دوبعدی و سه‌بعدی المان محدود برای شبیه‌سازی فرآیند انبساط سرد استفاده شده است .در این پژوهش، مدلی برای پیش‌بینی عمر خستگی که شامل عمر پیدایش و گسترش ترک است در نمونه‌های اتصال انبساط سرد شده با طول ترک اولیه ثابت به‌کار گرفته شده است .برای بدست آوردن توزیع تنش پسماند که به وسیله انبساط سرد ایجاد می‌شود و تنش‌های برآیند پس از اعمال تنش کششی خارجی از مدل المان محدود براساس روش‌های عددی استفاده شده است .برای پیش‌بینی عمر پیدایش ترک، سه معیار خستگی چند محوره پیشنهاد شده است .همچنین برای محاسبه عمر گسترش ترک، روش‌های عددی و تحلیلی برای بدست آوردن ضریب شدت تنش پیشنهاد شده است .برای محاسبه عمر پیدایش ترک با استفاده از معیارهای خستگی چندمحوره از کدنویسی در نرم‌افزار ‮‭Matlab‬ استفاده شده است .همچنین برای محاسبه ‮‭Stress Intensity Factor‬ در عمر گسترش ترک با استفاده از روش عددی، تنش‌های پسماند حاصله از انبساط سرد و تاثیر بارگذاری کششی، وارد نرم‌افزار ‮‭AFGROW‬ می‌شود .و در روش تحلیلی، ‮‭Stress Intensity Factor‬ با استفاده از ‮‭Weightfunction‬ و توزیع تنش در نمونه بدون ترک، در طول ترک فرضی، محاسبه می‌شود .نتایج تست خستگی برای‮‭T۶ - Al ۷۰۷۵‬از پژوهش پیشین در دسترس می‌باشد بنابراین محاسبات انجام شده را می‌توان با نتایج تست مقایسه کرد .

Mechanical joints, which incorporate bolts, rivets or location pins, are used extensively in structures. They require the use of drilled holes. However, these connections are inherently vulnerable to fatigue because the presence of the hole causes a stress concentration. One way to compensate for this vulnerability, and thus increase fatigue life, is to introduce beneficial compressive residual stress around the hole. With a small hole this can be achieved using cold expansion. Cold expansion typically involves inserting an oversized tapered pin or mandrel into the hole and drawing it from the other side. In this way, the material around the hole expands plastically while the material far from the hole remains in elastic limit. By removing the mandrel the elastic zone of the material recovers its initial state pushing the plastic zone back and creating a self equilibrating annular residual compressive stress filed at periphery of the hole. Compressive residual stress around a hole is very beneficial at resisting fatigue because it reduces the resultant stress at the critical edge of hole location when the plate undergoes a tensile load. A 3-D and 2-D FE model were used to simulate the cold expansion. In this investigation, a life estimation model that combines the initiation and propagation phases with constant initial crack length was employed in cold expanded fastener holes. In order to obtain the residual stress distributions generated by cold expansion and resultant stresses after applying longitudinal remote tensile stress, numerical studies were carried out using the finite element model. To predict the initiation life, three multi-axial fatigue criteria were proposed. Moreover to calculate the propagation life numerical and analytical approaches were suggested to obtain the stress intensity factor. To estimate the initiation life by a multi-axial fatigue criterion, coding in Matlab was used and to calculate propagation life in numerical method, residual stress resulting from cold expansion and also the longitudinal loading effect are introduced to the AFGROW code to obtain the effective stress intensity factor. In analytical method, the stress intensity factor was calculated using weight functions from the stress distribution in uncracked specimen along the hypothetical crack path. Results of fatigue tests on Al 7075-T6 are available from previous work and the predictions can be compared with the available experimental data

فرشباف، سیما

نوید چاخرلو، تاج بخش، استاد راهنما

خوشروان آذر، محمدرضا، استاد مشاور

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی