تحقیق خستگی سه بعدی، مزایا و معایب

توضیحات

عنوان: خستگی سه بعدی، مزایا و معایب

• معیار کرنش عمودی بیشینه  
• معیار بران میلر
• معیار فاطمی-سوشی
• معیار اسمیت-واتسون-تاپر
• معیار لیو
• معیار چو-کونلی-بانن
• معیار کلینگا-ونگ-پلامتری
• منابع

واماندگی سیستم ها و سازه های مكانیكی عمدتاً در اثر تنش های چندمحوری اتفاق می افتد. بر این اساس، بررسی واماندگی سازه های مكانیكی با استفاده از تئوری هایی كه بر مبنای تنش های چندمحوری ارائه شده اند مناسب تر می نماید. در سال های اخیر، بر مبنای همین دیدگاه روش های محاسبه عمر خستگی چندمحوری مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. نتیجه این پژوهش ها ارائه معیارهای متعدد محاسبه عمر خستگی چندمحوری است [1].

قطعات و سازه های مهندسی در بسیاری از موارد تحت بارگذاری های سیكلی قرا ر گرفته و دچار خستگی چند محوری می شوند . در زمینه محاسبه عمر خستگی در حالت چندمحوری ، معیارها  و مدل های زیادی با قابلیت های متفاوت ارائه شده اند. انتخاب مدل برای محاسبه عمر خستگی چندمحوری با توجه به جنس، نوع بارگذاری و شرایط عملكردی هر یك از سازه های مهندسی، یكی از چالش های مطرح در فرایند محاسبه عمر است. سازه های هوایی معمولا در معرض انواع بارهای دینامیکی از جمله بارهای ناشی از مانور، بارهای ناشی از چاله های هوایی و طوفان در حین پرواز قرار میگیرند. بنابراین لازم است که مقدار عمر مربوط به اجزای سازه های هوایی قبل از واماندگی آنها مشخص گردد. بعلاوه سازه ها و قطعات مکانیکی بطور معمول دارای ناپیوستگی های هندسی مانند، سوراخ ها، جاخارها، شیارها و غیره هستند که به عنوان ناچ شناخته میشوند. وجود سوراخ ها در سازههای هوایی به چندین دلیل از قبیل امکان اتصال اجزا به یکدیگر توسط اتصالات مکانیکی، عبور خطوط تجهیزات الکترونیکی و هیدرولیکی و مواردی از این دست غیرقابل اجتناب می باشند. این ناپیوستگی های هندسی منجر به افزایش موضعی تنش شده و بدین علت تنش افزا نامیده میشوند. در صورت وجود تنش افزاها یا ناچ ها باید توجه خاصی صورت گیرد زیرا این ناچ ها مقاومت یک قطعه به واماندگی خستگی را کاهش میدهند. این امر تنشهای موضعی بزرگتری را به دنبال دارد که باعث تولید ترکهای خستگی میگردد که در چنین مکانهایی آغاز میگردند. همانطور که اشاره شد، واضح است که اکثر ماشین ها و سازه ها از قبیل سازه های هوایی، در حین عمر سرویس خود در معرض تنش ها و کرنش های چند محوری قرار میگیرند. بنابراین تحلیل خستگی چندمحوری میتواند به عنوان ابزاری مهم برای تخمین و پیشبینی مقاومت خستگی اجزا گردد. منشأ چندمحوری تنش میتواند وابسته به چندین عامل از قبیل بارگذاری، هندسه پیچیده قطعات، تنش های پسماند و پیش– تنش و غیره باشد. معیارهای مختلفی با توجه به شکل بارگذاری و نوع مواد پیشنهاد شده است که هر کدام در حالت خاصی از شرایط مرزی و نیرویی و مواد امتحان شده و توصیه گردیده اند[2-6]. بطور کلی معیارهای خستگی چند محوری به سه گروه  عمده تقسیم میشوند که بر پایه1- تنش 2- کرنش و3- انرژی میباشند [7].از معروفترین معیارهایی که بر پایه تنش میباشند می توان به معیار کراسلند اشاره کرد. این نوع معیارها بیشتر برای خستگی پرچرخه موقعی که تغییر شکلها در محدوده الاستیک بوده و یا تغییر شکل پلاستیک کم می باشد، مناسب است . گروه دوم از معیارهای خستگی چندمحوری بر مبنای کرنش میباشند که به عنوان مثال می توان به معیارهای بران و میلر ، فاطمی و سوشی ، لی و ژانگ و وانگ و بران اشاره کرد. گروه سوم معیارها همانطور که اشاره گردید بر مبنای انرژی میباشند. در این معیارها از ضرب مستقیم تنش و کرنش استفاده می– گردد. از جمله این معیارها کاهش میدهند. این امر تنش های موضعی بزرگتری را به دنبال دارد که باعث تولید ترک های خستگی میگردد که در چنین مکان هایی آغاز میگردند. همانطور که اشاره شد، واضح است که اکثر ماشین ها و سازه ها از قبیل سازه های هوایی، در حین عمر سرویس خود در معرض تنش ها و کرنش های چندمحوری قرار میگیرند. بنابراین تحلیل خستگی چندمحوری میتواند به عنوان ابزاری مهم برای تخمین و پیش بینی مقاومت خستگی اجزا گردد. منشأ چندمحوری تنش میتواند وابسته به چندین عامل از قبیل بارگذاری، هندسه پیچیده قطعات، تنش های پسماند و پیش تنش و غیره باشد. معیارهای مختلفی با توجه به شکل بارگذاری و نوع مواد پیشنهاد شده است که هر کدام در حالت خاصی از شرایط مرزی و نیرویی و مواد امتحان شده و توصیه گردیده اند [2-6]. میتوان به معیارهای اسمیت واتسون تاپر، گلینکا و همکاران و فراهانی اشاره کرد. از نقطه نظر دیگر، معیارهای چند محوری را میتوان به معیارهایی که از مفهوم صفحه بحرانی استفاده میکنند و همچنین معیارهایی که از این مفهوم استفاده نمیکنند، تقسیم کرد. در معیارهای خستگی بر مبنای صفحه بحرانی، در ابتدا صفحهای از ماده که در آن ترکیب بعضی از مولفههای تنش مقدار بیشینه را دارد، تعیین میگردد. سپس پارامتر خستگی بصورت ترکیبی از بیشینه کرنش یا تنش برشی و کرنش یا تنش محوری در صفحه بحرانی محاسبه میگردد[8]. همانند مدل های کلاسیک، معیارهای صفحه بحرانی میتواند بر مبنای تنش، کرنش و یا انرژی باشد .مفهوم صفحه بحرانی برای اولین بار توسط بران و میلر پیشنهاد شد. آنها معیاری بر مبنای کرنش پیشنهاد کردند  که در آن عمر خستگی را تابعی غیرخطی از کرنش در نظر میگرفت. صفحه بحرانی این پارامتر، صفحه بیشینه کرنش برشی بود. در این معیار ابتدا تغییرات کرنش در صفحه تنش مورد بررسی قرارگرفته و در نهایت پارامترهای کرنش به منظور بدست آوردن پارامتر خسارت در صفحه بحرانی مورد استفاده قرار میگیرد. سوشی [9]پیشنهاد کرد که معیار عمر خستگی بایستی بر مبنای مکانیزم فیزیکی استوار باشد. سوشی پارامتر SWT را برای مادهای با واماندگی از نوع کششی، با در نظر گرفتن این مطلب که رشد ترک عمود بر تنش کششی بیشینه میباشد، تصحیح کرد. در بعضی از معیارهای پیشنهادی، همانند معیارهای پیشنهاد شده توسط گلینکا و لیو معیار انرژی در ترکیب با مفهوم صفحه بحرانی مورد استفاده قرار گرفته است. معیار دیگری توسط فراهانی پیشنهاد شده که بر پایه انرژی بوده و شامل خواص ماده، اثر تنش میانگین و نیز اثر سخت– شوندگی حین اعمال بار میباشد. در این معیار نیز صفحه کرنش برشی بیشینه به عنوان صفحه بحرانی معرفی شده و  مقادیر تنش و کرنش عمود این صفحه در رابطه بکار می­رود. البته معیارهای خستگی فراوانی برای حالت های کرنش و تنش چندمحوری توسط محققانی همچون بران و میلر  وانگ و یاو ، فراهانی و همکاران و قاجار و همکاران  پیشنهاد شده است، ولی هر یک از این معیارها برای شرایط خاصی از بارهای اعمالی پیشنهاد و آزمایش شده اند. با این وجود به دلیل اهمیت موضوع پیش بینی عمر خستگی تحت شرایط تنش و کرنش چندمحوریو کاربردهای عملی آن، مطالعات بیشتری برای بررسی دقت و قابلیت اعتماد این معیارها در طراحی، تخمین عمر و بررسی واماندگی قطعات، بخصوص برای نمونه های عملی لازم میباشد.

توجه:

برای دانلود فایل کامل ورد لطفا اقدام به خرید نمایید.

لینک دانلود فایل بلافاصله پس از خرید بصورت اتوماتیک برای شما ایمیل می گردد.