بخشی از مقاله
چکیده
اکثر بارگذاریهای خستگی که برای قطعات اتفاق می افتد از نوع دامنه متغیر هستند و برای تحلیل آنها بایستی از روش های شمارش سیکل استفاده نمود. مهم ترین روش های شمارش سیکل عبارتند از : روش برخورد با سطوح، شمارش قله ها، دامنه های ساده، جفت کردن دامنه ها و جریان باران. به دلیل طولانی بودن محاسبات روش ها، برای استفاده از روش ها حتما بایستی از نرم افزار استفاده شود. در این مقاله ابتدا خستگی و روش های شمارش سیکل معرفی می گردد. سپس قابلیت انجام شمارش سیکل در نرم افزار های کاربردی مهندسی مکانیک و و مزایا و معایب آن بررسی می شود. در ادامه نرم افزار طراحی شده معرفی می گردد و جزئیات آن و مزایای آن نسبت به نرم افزارهای موجود بیان می گردد.در پایان نیز مثالی با نرم افزار طراحی شده و نرم افزارهای موجود انجام می شود و پاسخ ها با یکدیگر مقایسه می شود. از مقایسه پاسخ ها نتیجه گرفته می شود نرم افزار به درستی کار می کند و می توان در حل مسائل مختلف از این نرم افزار استفاده نمود.
کلمات کلیدی: خستگی، دامنه متغیر، شمارش سیکل، روش جریان باران، نرم افزار شمارش سیکل
مقدمه
به شکست ماده در اثر اعمال نیروهای متناوب کمتر از استحکام نهایی و - اغلب - کمتر از حد تسلیم، خستگی گفته می شود. خستگی علت شکست زودهنگام بیشتر قطعهها صنعتی است. خستگی زمانی اتفاق میافتد که فلز تحت تنش تکراری یا نوسانی قرار گیرد که منجر به شکست ناگهانی قطعه میگردد. با پیشرفت صنعت و افزایش تعداد وسایلی از قبیل خودرو، هواپیما، کمپرسور، پمپ توربین و غیره که تحت بارگذاری تکراری و ارتعاشی هستند، خستگی بیشتر متداول شده و اکنون چنین برداشت میشود که عامل حداقل 90 درصد شکستهای ناشی از دلایل مکانیکی حین کار، خستگی باشد[1]
بارگذاری در خستگی به دو دسته بارگذاری دامنه ثابت و دامنه متیر تقسیم می شود.
شکل 1 بارگذاری خستگی با دامنه ثابت را نشان می دهد. در خستگی دامنه دامنه ثابت برای محاسبه عمر قطعه از نمودار S-N - نمودار عمر-تنش - و روابطی مانند رابطه گودمن، سودربرگ، گربر، مارو و ... استفاده می شود.گاهی بارگذاری به صورت مجموعه های متوالی از بارگذاری های دامنه ثابت می باشد. شکل 2 نمونه ای از این نوع بارگذاری را نشان می دهد.برای محاسبه عمر در این نوع بارگذاری از رابطه پالمگرن- ماینر استفاده می شود که به صورت زیر می باشد.
اکثر بارگذاریهای واقعی که برای قطعات اتفاق میافتد از نوع خستگی دامنه متغیر هستند. . بارگذاری در این موارد نامنظم و به صورت مجموعه ای از نقاط قله و دره است. برا محاسبه عمر در این نوع بارگذاری بایستی استفاده از روشهای شمارش سیکل، بارگذاری نامنظم را به مجموعه ای از بارگذاریهای دامنه ثابت تبدیل کرد و سپس با استفاده از رابطه پالمگرن - ماینر عمر قطعه محاسبه شود. یک تاریخچه تنش نامنظم شامل مجموعه ای از قلهها و درهها ست. این قلهها و درهها نقاطی هستند که جهت بارگذاری مطابق شکل تغییر میکنند. از مشخصههای دیگر در این نوع بارگذاری محدودهها - دامنهها - هستند که اختلافات تنش بین قلهها و درهها را نشان میدهند. شکل 3 نمونهای از این نوع بارگذاری را نشان می دهد.
روشهای شمارش سیکل
روشهای متعددی برای شمارش سیکل در منابع مختلف بیان شده است که مهم ترین آنها 5 روش زیر میباشد. این روش ها به عنوان روش های معتبر در اکثر منابع از جمله استاندارد ASTM E1049 بیان شده اند. [2]
-1 روش برخورد با سطوح
-2 روش شمارش قلهها
-3 روش محدودههای ساده
-4 روش جفت کردن محدودهها
-5 روش جریان باران ورودی روش های شمارش سیکل مختصات مجموعه نقاط قله و دره می باشد و خروجی آن ها مجموعه سیکل های دامنه
ثابت. در روش برخورد با سطوح از تعدادی خطوط با عنوان سطح - level - برای شمارش سیکل استفاده می شود که تعداد آنها هر چه بیشتر باشد دقت پاسخ ها بیشتر است ولی محاسبات طولانی تر می شود.
بررسی قابلیت شمارش سیکل در نرم افزارها
در این قسمت نرم افزارهای کاربردی در زمینه مکانیک و هوافضا بررسی میشود تا مشخص شود، کدام نرم افزارها قابلیت شمارش سیکل را دارند. نرم افزارهای زیر قابلیت شمارش سیکل را ندارند.
·نرم افزار Abaqus
·نرم افزار Solidwork
·نرم افزار Catia
·نرم افزار Autodesk Inventor
·نرم افزار Adams
·نرم افزار Mechanical Desktop
·نرم افزار ProEngineering
نرم افزارهای زیر قابلیت انجام شمارش سیکل را دارا هستند.
·نرم افزار Ansys - نرم افزار Workbench از مجموعه - Ansys
·نرم افزار کد نویسی Nisa
·محیط MSC Fatigue از نرم افزار - MSC.Patran از مجموعه نرم افزارهای - MSC.Nastaran
·نرم افزار جانبی Cosmos Works که بر روی نرم افزار Solidwork نصب میشود.
·نرم افزار جانبی SimDesigner که بر روی بعضی از نسخههای نرم افزار Catia نصب میشود.
·نرم افزار Ansys ncode Design Life که برروی نرم افزار Ansys نصب میشود.
نرم افزارهای فوق همگی به روش جریان باران، شمارش سیکل را انجام میدهند . - نرم افزار Ansys ncode Design Life علاوه بر آن، به روش جفت کردن محدودهها نیز شمارش سیکل را انجام میدهد. -
