عنوان

بررسی اثر نیروی ‮‭Clamping‬ پیچ و مهره در گسترش ترک اطراف سوراخ تحت اثر نیروی استاتیکی

Number

‭۷۶۹۹پ‬

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

بررسی اثر نیروی ‮‭Clamping‬ پیچ و مهره در گسترش ترک اطراف سوراخ تحت اثر نیروی استاتیکی

First Statement of Responsibility

/بابک عبازاده

Name of Publisher, Distributor, etc.

: دانشکده مکانیک

Name of Manufacturer

، فرخی

Specific Material Designation and Extent of Item

‮‭۱۷۰‬ص.‬

Text of Note

چاپی

Dissertation or thesis details and type of degree

کارشناسی ارشد

Discipline of degree

رشته مکانیک

Date of degree

‮‭۱۳۸۶/۰۶/۲۸‬

Body granting the degree

تبریز

Text of Note

در صنایع مختلف از جمله صنایع خودرو و هواپیماسازی از اتصالات دایم همچون جوش و یا اتصالات جداشدنی نظیر پیچ و مهره استفاده می شود .اما اتصالات جوش قابلیت دمونتاژ شدن نداشته و غالبا دارای مکها و حفره های کوچکی هستند که محل مستعدی برای ایجاد و گسترش ترک ناشی از بارهای نوسانی می باشند .گروه دیگر اتصالات جداشدنی است که به دو گروه عمده پرچ و پیچ تقسیم می شوند .در هر دو حالت قطعات مورد استفاده ابتدا باید سوراخ شده و سپس مونتاژ گردند که در این نوع اتصالات نیز عملیات سوراخکاری باعث ایجاد ناپیوستگی هندسی شده و به تمرکز تنش و یا کرنش منجر می‌گردد .بنابراین اطراف سوراخ ها در معرض ایجاد و گسترش ترک قرار دارند که ادامه اشاعه ترک باعث گسیختگی و شکست در قطعه می شود .گسترش و خطر آفرینی این ترکها در علم مکانیک شکست با روشهایی نظیر فاکتور شدت تنش سنجیده می شوند .هرگاه این فاکتور به مقدار بحرانی خود برسد ترک بصورت ناپایدار گسترش یافته، قطعه و یا سازه در یک زمان بسیار کوتاه می شکند.اما تفاوت عمده اتصالات پیچ و پرچ قابلیت تنظیم گشتاور مونتاژ اتصال پیچ و مهره و در نتیجه نیروی محوری بوجود آمده در ساق پیچ می باشد .بطوریکه در اتصالات پیچ و مهره با اعمال گشتاور مونتاژ، اعضای اتصالی در اثر نیروی محوری موجود در پیچ به هم فشرده می شوند که به این نیرو اصطلاحا ‮‭Clamping‬ گویند .لذا هر گاه اعضاء اتصالی تحت تأثیر نیروی کششی) و یا فشاری (قرار گیرند، در نتیجه نیروی ‮‭Clamping‬ در سطوح تماس بین اعضای اتصالی و سر پیچ و مهره نیروی اصطکاک ایجاد می شود که بصورت نیروی برشی اجازه باز شدن دهانه ترک موجود را نمی دهد و همچنین نیروی ‮‭Clamping‬ بصورت نیرویی محوری به قطعه اعمال شده و باعث تأثیر در تنشهای اطراف سوراخ می شود که در نتیجه فاکتور شدت تنش پایین می آید .در این پایان نامه ابتدا سه سری تست عملی با اعمال نیروی کششی استاتیکی در حالت مود اول شکست بر روی نمونه هایی مستطیل شکل که دارای دو ترک متقارن در اطراف سوراخ اتصال بوده اند، انجام شده است .یک سری از این تستها در حالت ‮‭Open Hole‬ و دو سری دیگر در حضور پیچ و مهره مونتاژ شده با دو مقدار گشتاور مشخص انجام شده تا تأثیر عملی اعمال نیروی ‮‭Clamping‬ بر مقدار مقاومت باقیمانده نمونه ها بدست آید .سپس همین حالات بصورت نرم افزاری شبیه سازی شده و از طریق تحلیل نرم افزاری به روش المان محدود فاکتور شدت تنش در انتهای ترک محاسبه گشته است که در نهایت فاکتور شدت تنش حاصل از این سه حالت با هم مقایسه شده اند تا اثر پدیده ‮‭Clamping‬ روی این فاکتور مشخص شود .در انتها و با توجه به نتایج بدست آمده از تستهای عملی و تحلیل های نرم افزاری مشاهده می شود که نیروی ‮‭Clamping‬ تأثیر قابل توجهی در کاهش مقدار فاکتور شدت تنش و به تأخیر انداختن وقوع شکست دارد .همچنین در ادامه تحلیل نرم افزاری تأثیر تغییر در مقدار پارامترهایی نظیر ضریب اصطکاک بین سطوح تماس، نیروی ‮‭Clamping‬ و نیز بار محوری اعمالی بر فاکتور شدت تنش بررسی شده اند .

Text of Note

ermanent joints as welding and separable joints such as bolts and rivets are used in various industries such as aerospace and automotive industries. But welded joints are not suitable for cyclic loading because they often include porosities and small cavities which are prone to fatigue crack initiation and propagation. Riveted and bolted joints are suitable for cyclic loading as they don't have welded joint draw back and also they have the advantage of to be taken apart for maintenance. But riveted and bolted joints have their own disadvantages as the joint parts or plates should be firstly drilled to create fastener holes. These holes cause geometrical discontinuity which leads to stress or strain concentration, so the areas near the holes are also prone to crack initiation and propagation. However in bolted joints, this set back can be overcome with clamping force due to bolt pre-tension force. The clamping force compresses the joint parts together and creates friction force (shear stresses) against the applied external loads. The friction force keeps crack tip closed so the fatigue life in cyclic loading and residual strength in static loading at the joint increase considerably.In this thesis the clamping force effect on residual strength of first mode fracture of a symmetric cracked fastener hole in a rectangular plate was investigated both experimentally and numerically. In the experimental part in order to obtain residual strength three batches of specimen were tested under tension axial load in a test machine. In the first batch the cracked hole was open (there was no bolt in the holed plate) but in the second and third batches a bolt was used in the hole to create clamping force around the hole. For last batches, two different torques were applied to tighten the bolt in the cracked hole and create different pre-tension and so different clamping forces. The test results show that clamped specimens have bigger residual strength when compared with open hole specimens and larger clamping force causes bigger residual strength.In fracture mechanics a crack propagates unsteadily and causes fracture in a specimen when its stress intensity factor (under a load) reaches a critical level, so to justify why clamped specimens have bigger residual strength, in numerical part of thesis simulations were used to evaluate stress intensity factor in the specimens. The numerical results show that in the clamped specimens the stress intensity factor is considerably reduced and so, a bigger force is needed to fracture them.

عبازاده،بابک

نوید چاخرلو،تاج بخش، استادراهنما

خوشروان،محمدرضا، استادمشاور

Public note

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی