۲۱۷۵۶پ
per
بررسی ارتباط بین چقرمگی شکست و برش‌کاری فلزات با استفاده از یک مدل ساده دو بعدی
two dimensional model to investigate relation between the toughness and cutting in metals A
/احسان وحدانی
: عمران
، ۱۳۹۸
، افشاری
۵۴ص
چاپی - الکترونیکی
کارشناسی ارشد
سازه
۱۳۹۸/۰۶/۱۶
تبریز
برش‌کاری فلزات یکی از مراحل اصلی ساخت سازه و یا هر وسیله دیگری می‌باشد .یکی از متداول‌ترین روش‌صهای برش‌کاری صفحات فولادی استفاده از قیچی آهن بری است .در سال های گذشته نظریه های مختلفی در مورد برش‌کاری ارائه شده است ولی با توجه به پیچیدگی مکانیسم برش‌کاری تاکنون هیچ یک از نظریه‌های موجود جامعیت نداشته و تمامی تحلیل‌ها تنها بر پایه نظریه‌های موجود انجام می‌شود .در این تحق‍ـی‍ـق، یک مدل ساده دو بعدی برای شبیه‌سازی برش‌کاری با تیغه ارائه می‌شود که در آن یک صفحه فولادی توسط یک تی‍ـغه صلب برش داده می‌شود .برش در صفحه به صورت رشد ترک مود I پیش‌بینی می‌گردد و از روش عضو چسبنده برای مدل‌سازی رشد ترک استفاده می‌شود .مسئله بررسی‌شده در این پایان‌نامه از نوع مسائل تماسی و استاتیکی می‌باشد، ولی با توجه به مشکلات تحلیل استاتیکی و پایین بودن سرعت تغییرات در مدل و همچنین تاثیرات بسیار کم اینرسی، مسئله به صورت شبه استاتیکی تعریف و تحلیل می‌شود .هدف از این تحلیل‌ها، محاسبه انرژی آزاد شده حین رشد ترک) انتگرال J) می‌باشد .در این مدل ساده‌ی پایه‌ریزی شده برای برش‌کاری، تماس تیغه و سطح ترک در محدوده شکاف باعث می‌شود که بر خلاف حالت پایه‌ای آن، مسیر محاسبه انتگرال J بر مقدار نهایی آن تاثیر بگذارد .بنابراین با استفاده از برآورد انرژی داخلی مدل و مشتق‌گیری عددی از آن نسبت به مقدار رشد ترک، مقدار انرژی آزادشده به‌دست می‌آید .متغیرهای کنترل‌کننده در مدل حاضر عبارتند از :سطح تماس تیغه و صفحه، زاویه تیغه و شعاع نوک تیغه .با تغییر این مقادیر ۱۲ نوع تیغه در تحلیل‌ها استفاده می‌شوند .ابتدا جهت اطمینان از درستی روش حل مسئله مدل ایجاد شده در حالت الاستیک تحلیل شده و نتایج به‌دست آمده با مبانی پایه‌ای مقایسه می‌شود .در ادامه نحوه رشد ترک در حالت الاستوپلاستیک مورد بررسی می‌گیرد و رفتار صفحه فولادی در برش‌کاری به‌وسیله انواع مختلف تیغه‌های صلب نشان داده می‌شود .براساس نتایج به‌دست آمده تیغه‌های با شعاع نوک تیغه برابر با ۲ میکرومتر و زاویه تیغه برابر با ۴ درجه باعث گسترش ترک می‌شوند .بنابراین به عنوان یک نتیجه کلی می‌توان دریافت که با افزایش شعاع تیغه و کاهش زاویه تیغه میزان رشد ترک افزایش می‌یابد .در تیغه‌هایی که ترک رشد نکرده، عملا پلاستیسیته ایجاد شده در نوک شکاف مانع رشد ترک می‌شود .ضمنا تیغه‌های با سطح تماس بالا بیشترین رشد ترک را به وجود آورده‌اند .مهم‌ترین بخش در نتایج حاصل به بررسی تاثیر چقرمگی بر متغیرهای برش‌کاری می‌پردازد و ملاحظه گردید که با توجه به هندسه تیغه مقدار انرژی آزاد شده در حین برش‌کاری تغییر می‌نماید
Metal cutting is an essential stage in the construction of structures or manufacturing tools. Steel or bolt cutters are commonly used for this purpose. However, some aspects in metal cutting are controversial due to the complexities of the cutting process. In this study, a simple 2D model is constructed to simulate the cutting process of a plate via a (rigid) blade. Cutting is modeled by the growth of a mode I crack and cohesive elements are used to model the crack growth. The problem involving contact between the blade and the plate is analyzed in a quasi-statically manner to reduce the computational cost. The purpose of these analyses is to compute the energy release rate during the crack growth (i.e. the value of J integral). Contrary to the basic mode I crack growth, the value of J integral is found to depend on the integration path due to the contact between the blade and the crack flanks. Thus, we evaluate the internal energy from the analyses and calculate the energy release rate by its integration with respect to the crack growth. The parameters that control the response in our model are: the contact area between the blade and the plate, the angle and radius of the blade. 12 different blades are employed in the analyses. Firstly, the results are validated by using elastic properties for the plate. Then, the crack growth is studied in an elasto-plastic plate. The results show that the blades with the radius of 2m and angle of 4 cause crack growth. Thus, it is concluded that with increasing radius of the blade and decreasing its angle, the crack can easily grow. Moreover, the plastic deformations generated at the notch root, prevent the crack growth. Furthermore, by increasing the contact area between the blade and plate, the crack growth is facilitated. The main part of the results is associated to study the relation between the toughness and cutting parameters. It is found that the energy release rate depends on the blade geometry
two dimensional model to investigate relation between the toughness and cutting in metals A
وحدانی، احسان
Vahdani , Ehsan
سیاه و سفید
نمایه‌سازی قبلی
