بخشی از مقاله
چکیده
این مقاله یک کار آزمایشگاهی با رشد ترک های خستگی برای آلیاژهای آلومنیوم در هوای آزاد 2024T351 تحت بارگیری متغیر را با شبیه سازی در نرم افزار آباکوس ارائه می دهد . شبیهسازی اجزای محدود به کمک نرم افزار آباکوس انجام گرفت و پس از بررسی همگرایی نتایج حاصل از شبیهسازی با نتایج موجود در منابع دیگر مقایسه گردید که تطابق خوبی مشاهده شد.
واژه های کلیدی: ترک، مکانیک شکست، ضریب شدت تنش، روش اجزای محدود
مقدمه صدمات فرسودگی ، پدیده ای شناخته شده از قرن نوزدهم می باشد و بیان می کند که اغلب حالات ناتوانی در یک طراحی مکانیکی می باشد .آلیاژ های آلومنیوم مواد اولیه برای سازههای هواپیما هستند و انتخاب اول برای بدنه هواپیما می باشد ویژگیهای بسیار خاص و رفتار مطلوب در مقابل فرسودگی با ویژگیهای عملکردی شناخته شده و سایر مزایا بیانگر دلایل استفاده گسترده از آلیاژ های آلومنیوم در صنایع هواپیمایی می باشد ، سری آلومنیوم استفاده شده بصورت 2XXX ,6XXX,7XXX, 8XXX هستند که کاربردشان را در صنعت سازه هواپیما لذت بخش تر کرده است. بررسی آلیاژ آلومنیوم 2024T351 استفاده شده در این تحقیق که دارای ساختار CFC می باشند توسط محققین بسیاری انجام شده ، اثر بارگیری نوسانی ، میانگین تنش و نسبت بار توسط بسیاری از محققان بررسی شد .
تاثیر مینیمم تنش مقاومت خستگی در لاستیک طبیعی - NR - توسط اندرو و همکاران بررسی شد>1@، نتایج آزمایشگاهی بررسی های آبراهو 1 در الستو مر های پر شده طبق نوسان تنش کاربردی و نیز مینیمم تنش می باشد>5@ ، برای فولاد یک افزایش در میانگین تنش باعث افزایش کم در میزان رشد ترک و نسبت عامل شدت استرس U تعیین کننده پایان تنش می باشد>6@ اخیرا در تحقیقات لی2 و همکاران با افزایش نسبت تنش R تحت بارگیری متغیر در محیط های متفاوت - >7@ هوا ، خلا و %1 محلول نمک - افزایش - da/dN و - کاهش آستانه ِDk مشاهده شد . رفتار ترک های کوتاه و طویل تحت شرایط بارگیری متغیر به صورت عددی . آزمایشگاهی توسط هموندا3 و همکاران بررسی شد>8@در زمانیکه پارامتر های تغییر شکل راس ترک را استفاده تا میزان رشد ترک های خستگی را تطبیق دهند .
راچائو4 نشان داد>9@ ، که تنش باز شدن ترک های نرمال تحت تاثیر سطح تنش وارد شده توسط آلیاژ آلومنیوم 2024T351می باشد ، نتایج نشان می دهد که سطح تنش سطح تنش دارای تاثیر بیشتری نسبت به کشش سطح می باشد ، گفته می شود که دلیل این تاثیر محدود بودن ترک می باشد ، محصور بودن ترک توسط>10@ البار5 برای اولین بار توسط یک عمل تجربی بر روی این آلیاژ معرفی شد ، و نشان داده شد که تحت بارگیری با نوسان ثابت ، طول عمر خستگی تحت تاثیر ضرب نسبت بارگیری و تنش می باشد>12@ ، بناچو6 و همکاران به بررسی تاثیر نسبت بارگیری بر روی طول عمر خستگی جوش نوار دو تایی به کمک ترک های اولیه شبه بیضی برای آلیاژ آلومنیوم 202 T 357، پرداختند به کمک ماکزیمم بار بکارگیری شده میانگین تنش بر روی طول عمر خستگی طبق افزایش نسبت بار می باشد ، داده های تکثیر ترک های فرسودگی با نوسان ثابت لازم هستند ولی برای ارزیابی واقعی مقاومت مواد نسبت به رشد ترک های خستگی کافی نمی باشد ، در این مقاله اثرات بارگیری نوسان بر روی طول عمر خستگی بررسی می شود .
-1 مواد و هندسه و نمونه ها
آزمایشات بر روی آلیاژ آلومنیوم 2024 انجام شد که بصورت گسترده ای برای هوانوردی بصورت صفحات میلگردی ضخیم تهیه میشوند ، این آلیاژ توسط یک شرکت تولیدی آلومنیوم در فرانسه بصورت ورق مربعی تحت شماره 9900055 تولید میشود ، در بررسی این آلیاژ از مواد شیمیایی متفاوتی استفاده میشود - طبق جدول - 1و همچنین در جدول - 2 - ویژگیهای مکانیکی در دمای محیط نشان داده شده است.
میکرو ساختار آلومنیوم 202 T 357 در موقعیت های , - T-S - - L-S - میباشد، که L جهت چرخش می باشد، و T,S جهت های عمودی بلند و کوتاه هستند . شکل - 1 - این میکرو ساختار ها توسط میکروسکوپ نوری دو قطبی حاصل میشود و نمونه ها تا 10 mm تقویت میشوند که توسط تهاجم الکترولیتی به مدت 1 دقیقه طول می کشد .میکرو ساختار ها نشان میدهند که اندازه دانه ها بسیار مهم است و بر روی رفتار خستگی اثر میگذارد ، نمونه دارای شکاف V شکل با زاویه 45 درجه نشان داده شده است . به منظور نشان دادن اثر بارگیری نوسان ، منحنی های طول عمر خستگی طبق طول ترک طراحی شده اند شکل - - 3 نمودار همگرایی المانها که در آن a=f - N - برای دو تست در R=/1 در زمانیکه Pmax برابر 1/285KN و 1/145KNبرابر Pmin می باشد در میزان بار ثابت R طول عمر خستگی تحت تاثیر بار گیری نوسان دار می باشد ، تکامل رشد ترک خستگی - da/dN - و عامل تابع عامل شدت تنش در شکل 4 ارائه شده است ،خطوط جامد ارائه کننده تقریب بیان شده توسط قانون پریس می باشد.
.3 هندسه مسئله و بارگذاری
میکرو ساختار آلومنیوم 202 T357 در موقعیت های - T_S - , - L-S -
-2اندازه گیری رشد ترک خستگی
تست های رشد ترک فرسودگی با استفاده از دستگاه آزمایشی دارای حلقه محصور سروو هیدرولیکی1 با نام دیجیتال دو کنترلی با ظرفیت 250 KW تحت بارگیری موج سینوسی با نوسان ثابت و با فرکانس 10Hz و R=/1 انجام شد ، نمونه ها در برابر فرسودگی خمش تست شد ، عامل شدت تنش برای نمونه های خمیده دارای شکاف V در هندسه مسئله دیده می شود . هندسه مسئله به همراه بارگذاری و اندازه گذاری در شکل - - 2 نشان داده شده است .
-4× شبیه سازی
شبیه سازی این مسئله با استفاده از نرم افزار المان محدود آباکوس انجام میشود. بعد از رسم هندسهی مسئله ، شکل - - 2 و تعریف خاصیت ماده نوبت به تعریف المان میرسد که برای این مسئله یک نوع المان در نظر گرفته شده است،که این نوع المان های اطراف نوک ترک میباشد که از نوع المانهای منفرد و مثلثی شکل بوده. شکل - - 3 نحوهی المان بندی اطراف نوک ترک را نشان میدهد.
.-5 نمودار همگرایی
بر طبق کاری که قبلا در آزمایشگاه انجام شده و گراف نمودار همگرایی آن بصورت لگاریتمی در شکل - - 4 نشان داده شده است ، در این نمودار خط سبز - پی ماکس 1 - و قرمز - پی مین - 2 نشان دهنده بیشترین و کمترین مقدار نیرو میباشد ، حال همان کار آزمایشگاهی با نرم افزار آباکوس مورد تحلیل قرار گرفته و نتیجه تحلیل بصورت نمودار در شکل - - 4 با خط آبی - کارنت استادی - 3 مشخص شده است
