تحقیق رایگان با موضوع نتایج آزمایش‌ها و نتایج محاسبات


Widget not in any sidebars

در فصل پنجم، ابتدا روند شناسایی جنس فولاد روتور توربین بیان شده است. در ادامه چگونگی استخراج پارامترهای ماده به کمک آزمایش‌های انجام گرفته به تفصیل بیان شده است. همچنین به منظور اعتبارسنجی روند مدل‌سازی مسئله، تمامی آزمایش‌ها توسط نرم‌افزار ABAQUS شبیه‌سازی و با نتایج آزمایش‌ها مقایسه شده است.
در فصل ششم، نتایج حاصل از مدل‌سازی روتور آورده شده است. همچنین نتایج مدل‌سازی با نتایج حاصل از آزمون رپلیکا مقایسه شده است.
در فصل هفتم، یک جمع‌بندی کلی از روند تحلیل مسئله ارایه و در پایان پیشنهاداتی در مورد ادامه کار بیان شده است.
مروری بر تحقیقات انجام شده
مروری بر تحقیقات انجام شده
مکانیک آسیب پیوسته
شکست مواد یکی از زمینه‌های اساسی علوم مهندسی است که از دیرباز مورد مطالعه قرار گرفته است. در حدود سال‌های 1500 میلادی، لئونارد داوینچی پدیده شکست را به وسیله خواص مکانیکی بررسی کرد. تاکنون مطالعات زیادی در زمینه‌ی شکست ماکروسکوپی صورت گرفته و معیارهای متنوع زوال (توابعی از مؤلفه‌های تنش یا کرنش)، برای بیان و تشخیص شکست مواد پیشنهاد شده است. از آن جمله می‌توان به معیارهای کلمب، رانکین، ترسکا، ون‌میزز، موهر و کاکت اشاره نمود. با این وجود، پدیده تخریب ناشی از زوال تدریجی ماده در دهه‌های اخیر مورد توجه قرار گرفته است[3].
سال 1958را می‌توان به عنوان نقطه آغاز مکانیک آسیب پیوسته در نظر گرفت. در این سال کاچانف، کاهش سفتی و زوال ماده را به ریزترک‌ها و حفره‌های درون ماده نسبت داد و یک متغیر پیوسته را بر مبنای چگالی این عیوب معرفی نمود[4]. پس از آن رابتنف (1968) مفهوم تنش موثر را بیان نمود[5]. گسترش و پایه‌ریزی مکانیک آسیب پیوسته در دهه 1970 عمدتا بر اساس این دو تعریف فوق انجام گرفت. لازم به ذکر است که هر دو‌‌ی افراد مذکور، شکست خزشی در فلز تحت بارگذاری تک محور را مورد بررسی قرار داده بودند.
اولین موج مقالاتی که در پی کارهای اولیه کاچانف در رابطه با موضوع مکانیک آسیب به‌وجود آمد، جنبه‌های گوناگون خزش در فلزات را مورد بررسی قرار داد. تعداد زیادی از محققان مثل ادکویست و اریکسون (1963)، هالت (1974،1973) و برابرگ (1974) شکست خزشی در کشش تک‌محور را مورد بررسی قرار دادند[6].
یکی از تعاریف بسیار مهم در مکانیک آسیب توسط لومتر در سال 1971 انجام گرفت[7]. وی اصل کرنش‌ معادل برای ارتباط بین آسیب و کرنش‌ها را بیان نمود. هالت (1972) برای اولین بار در مقاله خود از عبارت مکانیک آسیب پیوسته (CDM) استفاده نمود[8]. هایهورست و لکی(1974) برای اولین بار مکانیک آسیب پیوسته را برای تحلیل خزش سازه‌ها استفاده کردند[9]. موفقیت استفاده از مکانیک آسیب پیوسته در مدل‌سازی آسیب خزشی محققان زیادی را به توسعه کاربرد این روش برای آسیب پلاستیک نرم، اندرکنش خزش-خستگی، شکست ترد و آسیب خستگی ترغیب کرد[10]. در ادمه لومتر و شاباش (1978)، لومتر و پلامتری (1979) و زانووسکی وکولسگا (1980) به بررسی اندرکنش خزش-خستگی پرداختند[11,12,13]‌. بودیانسکی (1976) روابط بین آسیب و الاستیسیته را بیان نمود[14]. همچنین لومتر و دوفیلی (1976) روشی را برای اندازه‌گیری آسیب به کمک کاهش سختی معرفی نمودند [15].
نخستین پژوهش‌ها در زمینه مطالعه بر رو‌ی مواد ترد توسط جانسون و هالت (1977) صورت گرفت. جانسون مدل آسیب برای رشد ترک را مورد بررسی قرار داد. پس از آن راجینویچ (1979)، لومتر و مازارز (1980) و لولند(1980) بر روی خمش تیرهای بتنی مطالعاتی انجام دادند[6].
یکی از مهمترین مدل‌ها برای آسیب توسط گرسون در سال 1977 فرمول‌بندی شد[16]. وی حفره‌های موجود در ماده را به صورت شبه‌کره فرض نمود و سپس تابع تسلیم در ماده نرم مختلخل را به صورت تابعی از آسیب در نظر گرفت. مدل ارایه شده توسط گرسون، توسط دیگر محققین مانند ندلمن و تورگارد (1984) مورد بازبینی و اصلاح قرار گرفت که اکنون با نام مدل گرسون-تورگارد-ندلمن (GTN) از معروف‌ترین مدل‌ها در زمینه آسیب مختلخل می‌باشد[17].
در سال 1978 محققین فرانسوی، لومتر و شاباش، تئوری الاستیک-پلاستیک و الاستیک-ویسکوپلاستیک برای ماده آسیب دیده را در چارچوب ترمودینامیک فرایندهای برگشت‌ناپذیر معرفی نمودند[18]. با این کار قابلیت اعمال مکانیک آسیب پیوسته به فرایند آسیب پلاستیک، خزش و خستگی بیان شد. همچنین آن‌ها نشان دادند که نیروی ترمودینامیکی متناظر با آسیب همان نرخ رهایی انرژی کرنشی الاستیک می‌باشد که این بیان منجر به شناخت واضحی از مکانیک آسیب پیوسته همانند مکانیک شکست گردید.
با توجه به اینکه شکل و امتداد رشد ریزترک‌ها و حفره‌ها وابسته به جهت تنش و کرنش است، بنابراین فرآیند آسیب به‌ طور کلی یک فرآیند ناهمسان می‌باشد. نخستین کوشش در زمینه بیان ماهیت ناهمسان آسیب، توسط کردیبویس و سیدورف (1979) با بیان اصل انرژی معادل برای آسیب ناهمسان صورت گرفت[19]. راجینویچ و موراکامی (1981) تعریف فیزیکی و پدیده‌شناختی متغیرهای آسیب ناهمسان را بیان نمودند[20,21]. البته در زمینه آسیب ناهمسان، تاکنون روش‌های پیچیده‌ای مانند بیان آسیب به صورت تانسور مرتبه چهار و یا حتی مرتبه هشت نیز ارایه شده است[22]. تحلیل مسائل الاستیک-‌پلاستیک برای تغییر شکل‌های بزرگ همراه با آسیب ناهمسان به کمک تانسور مرتبه چهار توسط ویاجیس و همکاران مورد بررسی قرار گرفته است[23]. لادوز (1983) آسیب ناهمسان در سازه‌های کامپوزیتی را بر اساس اصل انرژی معادل بیان نمود[24].
لومتر (1985) مدلی را بر مبنای ترمودینامیک فرایندهای برگشت‌ناپذیر برای آسیب همسان مسایل الاستیک-پلاستیک دارای تغییر شکل‌های کوچک ارایه داد[25]. وی با استفاده از مفهوم کرنش معادل، در روابط حاکم بر کرنش برای ماده بدون آسیب، تانسور تنش مؤثر را جایگزین تانسور تنش کوشی نمود.
مدل ارایه شده توسط لومتر، توسط دیگر محققین توسعه پیدا کرده است. بنالل (1988) اثر پارامتر آسیب را بر تانسور پیش‌تنش، ناشی از کار سختی سینماتیکی، همانند تانسور تنش مؤثر در نظر گرفت[26]. دار (1996) نیز اثر پارامتر آسیب را بر روی کار سختی همسان در نظر گرفت[27].
همچنین مدل‌های دیگری بر مبنای مدل اولیه لمتر و بر اساس پتانسیل اتلاف آسیب ارایه شده است. در این دیدگاه با فرض کرنش معادل و وجود پتانسیل اتلاف آسیب، اقتباس شده از تئوری پلاستیسیته، معادلات متشکله برای مواد نرم آسیب دیده به‌دست می‌آید که در این زمینه می‌توان به مدل‌های تای و یانگ (1986) [28]، تای (1990) [29] و چاندراکانث و پندی (1993) [30] اشاره نمود.
مدل ترکیبی الاستیک-پلاستیک-آسیب لومتر توسط بسیاری از محققین برای پیش‌بینی آسیب داخلی و شکست در فلزات نرم مورد استفاده قرار گرفت. دقری و بنالل (1988) برای اولین بار روش نگاشت برگشتی را برای انتگرال‌گیری عددی از معادلات متشکله لومتر استفاده نمودند[26]. دقری در سال 1995 مدل آسیب نرم را برای تحلیل پلاستیک با در نظر گرفتن کار سختی همسان و سینماتیکی به کمک روش اجزای محدود پیاده‌سازی نمود و قابلیت آنرا در پیش‌بینی رفتار خستگی به کمک نتایج آزمایشگاهی نشان داد[31]. نتیجه روش نگاشت برگشتی در حالت تنش سه بعدی، شامل تعداد 14 معادله جبری غیرخطی کوپله است و برای حالت تنش صفحه‌ای به 8 معادله غیرخطی کوپله تقلیل می‌یابد[32]. نتو (2002) با در نظر گرفتن کارسختی همسان در مدل آسیب لومتر و عدم وجود کارسختی سینماتیکی توانست الگوریتم انتگرال‌گیری معادلات متشکله الاستیک-پلاستیک-آسیب را به یک معادله جبری غیرخطی تقلیل دهد[33]. مشایخی و همکاران (2006)، روش الگوریتم انتگرال‌گیری نتو را برای آسیب نرم سه‌بعدی به‌کار بردند و با نتایج آزمایشگاهی فولاد A533 مورد بررسی قرار دادند[34].
امروزه مکانیک آسیب به جایی رسیده است که از آن در کاربردهای مهندسی استفاده می‌شود. این بخش از مکانیک جامدات که بر پایه علم متالورژی قرار دارد، پدیده تخریب مواد را به کمک تعریف متغیر داخلی که بیانگر زوال ماده قبل از شروع ترک ماکروسکوپی می‌باشد، توصیف می‌کند.
اندرکنش خزش– خستگی
از نظر تاریخی، در زمان جنگ جهانی دوم مکانیزم تخریب در اثر اندرکنش خزش-خستگی مورد توجه محققین قرار گرفت. اولین تلاش‌ها در این زمینه در آلمان بین سا‌ل‌های 1936 تا 1942 میلادی صورت گرفت. بلافاصله پس از جنگ تلاش برای پیش‌بینی رفتار خزش-خستگی و توسعه تئوری علم مواد صورت گرفت. وود در سال 1966 برای اولین بار عبارت اندرکنش خزش-خستگی را به‌کار برد و بیان نمود که نمی‌توان خزش و خستگی را به تنهایی برای تحلیل و تخمین صحیح عمر سازه‌ها به‌کار برد، زیرا وجود یک پدیده بر کاهش حد دوام پدیده دیگر مؤثر است. در ادامه آزمایش‌های بسیاری برای شناخت مکانیزم خزش-خستگی و توسعه تئوری‌های مختلف توسط محققین صورت گرفت و تاکنون مدل‌های زیادی جهت تخمین عمر خزش-خستگی ارایه شده است[35]. هالفورد (1991) در بررسی مدل‌های تخمین عمر خزش-خستگی، بیش از صد روش مختلف را بر اساس تئوری‌های موجود در چهارده دسته طبقه‌بندی نمود[36]. در حال حاضر، مکانیک آسیب به عنوان یکی از مناسب‌ترین روش‌ها برای ارزیابی اندرکنش خزش-خستگی شناخته شده است. در ادامه، تعدادی از پژوهش‌های اخیر را که در زمینه اندرکنش خزش-خستگی و با استفاده از مکانیک آسیب انجام شده‌اند معرفی می‌شوند.
سرماگ و همکاران (2000) خزش-خستگی را تحت بارگذاری چندمحوری و با در نظر گرفتن تغییرات دما با زمان و مکان، از دو روش محاسباتی و تجربی بررسی کردند[37]. آن‌ها با در نظر گرفتن معادلات الاستو-ویسکوپلاستیک مستقل و یا کوپل شده با آسیب همراه با سختی سینماتیکی و همسان، به این نتیجه رسیدند که قانون آسیب متحد که ابتدا برای واماندگی نرم و سپس خستگی پیشنهاد شده است، می‌تواند برای اندرکنش خزش-خستگی چندمحوری به‌کار رود، با این تفاوت که بایستی بیان جدیدی برای حد آستانه آسیب استفاده شود. همچنین دریافتند که نتایج محاسبات مستقل نسبت به تحلیل کاملاً کوپل شده مناسب‌تر می‌باشند.
دایسون (2000) روش مکانیک آسیب پیوسته را با دیگر روش‌های تعیین عمر باقیمانده خزش مانند روش پارامتر امگا، تصویرسازی تتا، پارامتر لارسن-میلر و قانون کسر عمر رابینسون مقایسه نمود[38]. وی نشان داد که روش مکانیک آسیب پیوسته قابلیت و توانایی هر کدام از روش‌های ذکر شده را در پیش‌بینی رفتار ماده دارد. همچنین وی بیان نمود از آنجایی که مکانیک آسیب پیوسته شامل معادلات کوپله برای کرنش غیرالاستیک، تنش داخلی و رشد ناپیوستگی‌ها (آسیب) می‌باشد، می‌توان این معادلات را برای هر شرایط کاری و مرزی مورد نیاز انتگرال‌گیری نمود و محدودیت روش‌های دیگر برای استفاده در شرایط خاص را ندارد.
نیفل و همکاران (2001) بر اساس نتایج آزمایش‌های متعدد بر روی فولادهای کم‌آلیاژ CrNiMo و CrNiMoV مدلی را برای تخمین عمر فولاد‌ها در اثر ترکیب خستگی کم‌چرخه و خزش پیشنهاد کردند[39]. آنها با استفاده از ماهیت پارامتر آسیب، مدل جامعی را معرفی نمودند که برای محدوده دمایی وسیع و دامنه‌های بارگذاری مختلف و مقادیر مختلف بار ماکزیمم قابل استفاده است. این مدل نه تنها آسیب را مشخص می کند، بلکه مقدار تغییر شکل را در همه مراحل خزش تعیین می‌کند.
ژیانپینگ و همکاران (2003) برای ارزیابی عمر خزش-خستگی یک روتور توربین بخار، مدل مکانیک آسیب پیوسته غیرخطی را با احتساب اثرات تنش چندمحوری و اندرکنش خزش-خستگی و همچنین در نظر گرفتن قانون رشد غیرخطی آسیب، پیشنهاد کردند[40]. آن‌ها با مقایسه نتایج حاصل از مدل خود با تئوری جمع خطی آسیب نتیجه گرفتند که مدلشان تجمع و گسترش آسیب را بهتر توصیف می‌کند.
گوسوامی (2003) توسط اطلاعات خزش-خستگی برای فولادهای1CrMoV و 2.25CrMo و 9Cr1Mo روشی بر مبنای ویسکوزیته برای مرتبط کردن اطلاعات خزش-خستگی فولادهای CrMo در دماهای بالا یافت[41].
ژیائو (2004) یک چارچوب مکانیک آسیب پیوسته همسانگرد را معرفی نمود که اندرکنش سه مکانیزم آسیب ترد، آسیب نرم و آسیب خزشی را در نظر می‌گیرد[42]. این سه پارامتر آسیب، که هر یک بر طبق طبیعت فیزیکی خود تعریف شده‌اند، برای توصیف فرآیند آسیب ماده به‌کار می‌روند. وی رابطه بین آسیب نهایی و این سه پارامتر آسیب را به‌دست آورد و مدل جدیدی را برای آسیب خزش-خستگی با در نظر گرفتن اثر کوپلینگ آسیب خستگی و خزش معرفی نمود و نتایج خود را با نتایج مدل لومتر-پالمتری مقایسه نمود.

Share this post

Post navigation

You might be interested in...