بررسی طول عمر قطعات تحت شرایط خستگی با بار دامنه ثابت

کد محصول MV7

تعداد صفحات: ۸۷ صفحه فایلWORD

قیمت: ۳۵۰۰۰ تومان

دانلود فایل بلافاصله بعد از خرید

چکیده:

انواع زیادی از واماندگی های مکانیکی در تمام زمینه های مهندسی وجود دارد. این واماندگی ها می توانند در قطعات و سازه های ساده، پیچیده، ارزان  قیمت و گران  قیمت رخ دهند. واماندگی های مکانیکی، زیان های جانی و مالی بی شماری بر جای گذاشته است. از سال ۱۸۳۰ مشخص شده است که وقتی مواد تحت یک بارگذاری نوسانی و تکراری دینامیکی قرار می گیرند، در تنشی به مراتب کمتر از وقتی که تحت بارگذاری ثابت قرار دارند می شکنند. شکست خستگی امروزه متداول تر شده است، زیرا تکنولوژی تجهیزات، وسائل و دستگاه ها و ماشین هایی را ساخته است که اغلب تحت بارگذاری دینامیکی کار می کنند. به طوری که گفته می شود حدود ۹۰% همه شکست های مکانیکی در اثر خستگی می باشد. در این پژوهش ما به بررسی طول عمر قطعات تحت شرایط خستگی با بار دامنه ثابت می پردازیم. سه روش تحلیلی برای طراحی خستگی و پیش بینی عمر خستگی فلزات ارائه شده است: تنش اسمی، کرنش موضعی و رشد ترک خستگی. این سه روش در اکثر برنامه های تجاری، دولتی و در کامپیوترهای خانگی در نظر گرفته شده اند و در اکثر    موقعیت های طراحی خستگی پیچیده، به طور موفقیت آمیزی مورد استفاده قرار گرفته اند.

کلمات کلیدی: خستگی، مدل عمر، مدل عمر، تنش میانگین و رشد ترک خستگی.

فصل اول           ۱

فصل دوم: مکانیزم و مدل های عمر خستگی           ۴

۲-۱      مکانیزم آسیب خستگی    ۵

۲-۲      روش های طراحی و مدل های عمر خستگی          ۸

فصل سوم: بارگذاری، نمونه ها و آزمایش های خستگی      ۱۰

۳-۱      بارگذاری خستگی          ۱۰

۳-۲      دستگاه های آزمایش خستگی      ۱۴

۳-۳      نمونه های آزمایش خستگی         ۱۷

فصل چهارم: دیدگاه تنش- عمر   ۲۰

۴-۱      منحنی S-N یا منحنی وهلر           ۲۰

۴-۲      حد خستگی تنش تک محوری کاملاً معکوس        ۲۲

۴-۳      تخمین منحنی S-N برای یک قطعه بر اساس استحکام کششی          ۲۶

۴-۴      راهکار  ۲۸

۴-۴-۱  استحکام کششی نهایی تخمینی یک فولاد ۲۸

۴-۴-۲  استحکام خستگی تخمینی در ۱۰۳ چرخه   ۲۹

۴-۴-۲-۱          استحکام خستگی پایه در ۱۰۳ چرخه برای انواع مختلف بارگذاری   ۲۹

۴-۴-۲-۲          ضریب های اصلاح استحکام خستگی برای قابلیت اطمینان در ۱۰۳ چرخه     ۲۹

۴-۴-۳  حد خستگی تخمین زده شده        ۳۰

۴-۴-۳-۱          ضریب اصلاحی حد خستگی برای نوع بارگذاری   ۳۲

۴-۴-۳-۲          ضریب های اصلاحی پرداخت سطح (CS) در حد خستگی  ۳۴

۴-۴-۳-۳          ضریب اصلاحی برای اندازه نمونه (CD) در حد خستگی     ۳۵

۴-۵      اثر تنش میانگین ۳۸

۴-۶      مثالی از تخمین عمر با استفاده از دیدگاه تنش- عمر           ۴۴

فصل پنجم: تحلیل و طراحی خستگی بر مبنای کرنش         ۴۷

۵-۱      آزمایش کشش یکنواخت و رفتار تنش-کرنش       ۴۸

۵-۲      تغییر شکل چرخه ای مواد و رفتار تنش-کرنش چرخه ای   ۵۳

۵-۳      رفتار تنش-کرنش چرخه ای حالت دائم    ۵۴

۵-۴      تخمین عمر با روش مبتنی بر کرنش          ۵۸

۵-۵      روش های تصحیح تنش میانگین  ۵۹

۵-۵-۱  روش مارو برای تصحیح تنش میانگین       ۵۹

۵-۵-۲  مدل اسمیت- واتسون- تاپر (SWT)          ۶۰

فصل ششم: مکانیک شکست و رشد ترک خستگی ۶۲

۶-۱      مفاهیم LEFM   ۶۲

۶-۱-۱  مودهای بارگذاری          ۶۳

۶-۱-۲  ضریب شدت تنش          ۶۳

۶-۲      رشد ترک خستگی         ۶۵

۶-۳      منحنی S شکل سرعت رشد ترک خستگی در مقابل           ۶۷

۶-۴      روش های آزمایش رشد ترک خستگی در بارگذاری با دامنه ثابت   ۶۸

۶-۴-۱  مثالی از انتگرال گیری عمر رشد ترک بدون اثرات تنش متوسط       ۶۹

۶-۵      اثرات تنش متوسط          ۷۲

۶-۵-۱  مثالی از عمر رشد ترک به همراه اثرات تنش متوسط           ۷۴

فصل هفتم: خستگی بر اثر بارگذاری با دامنه متغیر   ۷۶

۷-۱      بارهای طیفی و آسیب انباشته        ۷۶

۷-۲      تئوری های آسیب انباشته ۷۹

۷-۲-۱  قانون آسیب خطی پالمگرن- ماینر            ۷۹

۷-۲-۲  قاعدۀ آسیب خطی دوگانه مانسون و هالفرد            ۸۱

منابع و مراجع     ۸۷

فهرست اشکال

شکل ‏۲ ۱ فرایند خستگی یک ورق نازک تحت بارگذاری کششی چرخه ای ۶

شکل ‏۲ ۲ شماتیک یک سطح شکست خستگی در یک شافت فولادی          ۷

شکل ‏۲ ۳ علائم و رگه های سطح شکست ۷

شکل ‏۲ ۴ الگوریتم طراحی خستگی          ۹

شکل ‏۳ ۱ نمونه هایی از طیف های بار در حین کار            ۱۱

شکل ‏۳ ۲ علائم و زیرنویس های مربوط به بارگذاری چرخه ای با دامنه ثابت            ۱۲

شکل ‏۳ ۳ سیکل های مختلف تنشی برای نسبت های تنشی مهم (R)  ۱۳

شکل ‏۳ ۴ ماشین های آزمایش خستگی     ۱۵

شکل ‏۳ ۵ سیستم آزمایش سروهیدرولیکی حلقه بسته با استفاده از کنترل کامپیوتر شخصی       ۱۷

شکل ‏۳ ۶ نمونهْ سوراخ کلیدی برای نظارت بر مدت جوانه زنی ترک خستگی و رشد آن        ۱۸

شکل ‏۳ ۷ نمونه های آزمایش خستگی      ۱۹

شکل ‏۴ ۱ منحنی S-N حاصل از آزمایش چرخشی- خمشی برای فلزات مختلف        ۲۱

شکل ‏۴ ۲ رابطه بین استحکام خستگی نمونه بدون شیار خمشی و استحکام نهایی کششی          ۲۴

شکل ‏۴ ۳ رابطه بین حد خستگی و استحکام کششی برای نمونه های فولادی  ۲۵

شکل ‏۴ ۴ شماتیکی از نمودار S-N برای فولاد        ۲۷

شکل ‏۴ ۵ ماشین های آزمون خستگی تیر چرخان و تیر یک سر گیردار         ۲۷

شکل ‏۴ ۶ نمودار S-N اصلاح شده برای قطعات یکنواخت فولادی   ۲۸

شکل ‏۴ ۷ شماتیکی از داده های خستگی در ۱۰۶ چرخه برای فولاد کارشده  ۳۱

شکل ‏۴ ۸ شماتیکی از داده های استحکام خستگی برای آلیاژهای آلومینیم کارشده    ۳۲

شکل ‏۴ ۹ منحنی S-N تعمیم داده شده برای بارگذاری های مختلف فولاد     ۳۳

شکل ‏۴ ۱۰ توصیف کیفی ضرایب اصلاحی سطح CS         ۳۴

شکل ‏۴ ۱۱ توصیف کیفی ضریب پرداخت سطح CS          ۳۵

شکل ‏۴ ۱۲ توصیف کیفی ضریب اندازه CD          ۳۶

شکل ‏۴ ۱۳ منحنی S-N برای میله فولادی سنگ زده شده و بدون فاق، تحت بارگذاری محوری           ۳۷

شکل ‏۴ ۱۴ اثر تنش متوسط بر روی عمر خستگی   ۳۸

شکل ‏۴ ۱۵ تولید خطوط عمر ثابت در مختصات  و             ۳۹

شکل ‏۴ ۱۶ نمودارهای گودمن و گربر برای داده های وهلر  ۴۰

شکل ‏۴ ۱۷ نمودارهای «هایگ» برای روابط گودمن و گربر  ۴۰

شکل ‏۴ ۱۸ مدل هایی برای حد خستگی ترکیبی و تسلیم برای مواد نرم          ۴۱

شکل ‏۴ ۱۹ مقایسه مدل های تنش میانگین گودمن و مارو     ۴۳

شکل ‏۴ ۲۰ ضرایب حساسیت تنش میانگین            ۴۳

شکل ‏۴ ۲۱ اثر استحکام نهایی ماده بر ضریب M    ۴۴

شکل ‏۴ ۲۲ نمودارهای عمر ثابت همراه با معیار تسلیم          ۴۵

شکل ‏۵ ۱ پیکربندی و ابعاد نمونه های خستگی معمول         ۴۹

شکل ‏۵ ۲ منحنی تنش-کرنش مهندسی     ۵۰

شکل ‏۵ ۳ بارگذاری غیر الاستیک و باربرداری الاستیک      ۵۱

شکل ‏۵ ۴ رفتار تنش واقعی بر حسب کرنش پلاستیک در فولاد        ۵۱

شکل ‏۵ ۵ منحنی تنش-کرنش حقیقی       ۵۲

شکل ‏۵ ۶ اثر باوشینگر    ۵۳

شکل ‏۵ ۷ رفتار گذرای سخت شوندگی چرخه ای  ۵۵

شکل ‏۵ ۸ رفتار گذرای نرم شوندگی چرخه ای      ۵۵

شکل ‏۵ ۹ حلقۀ هیسترزیس           ۵۶

شکل ‏۵ ۱۰ منحنی تنش-کرنش چرخه ای ۵۷

شکل ‏۵ ۱۱ رفتار تنش-کرنش چرخه ای و یکنواخت          ۵۸

شکل ‏۵ ۱۲ مدل تصحیح تنش میانگین مارو            ۶۰

شکل ‏۵ ۱۳ مدل تصحیح تنش میانگین SWT         ۶۱

شکل ‏۶ ۱ مودهای رشد ترک       ۶۳

شکل ‏۶ ۲ منحنی‌های مورد نیاز برای محاسبه ضریب هندسی برای ترکیبی خاص از قطعه         ۶۴

شکل ‏۶ ۳ مفهوم عمر امتداد یافته بر اساس ترسیمۀ طول ترک a به صورت تابعی از تعداد چرخه           ۶۵

شکل ‏۶ ۴ طول ترک خستگی در مقابل چرخه های اعمالی  ۶۶

شکل ‏۶ ۵ طرح کلی از رفتار مارپیچی سرعت رشد ترک خستگی در مقابل K△        ۶۸

شکل ‏۶ ۶ برهم نهی نوارهای پراکندگی بارسوم بر روی نوار پراکندگی رشد ترک خستگی    ۷۱

شکل ‏۶ ۷ نمونه های از اثر تنش متوسط بر روی سرعت های رشد ترک خستگی       ۷۳

شکل ‏۷ ۱ نمایش تاریخچه های بارگذاری به صورت نمودار زمان- بار          ۷۷

شکل ‏۷ ۲ طیف های بارگذاری برنامه بلوکی          ۷۸

شکل ‏۷ ۳ بلوک های تنشی با دامنه ثابت و منحنی S-N       ۸۰

شکل ‏۷ ۴ آسیب انباشته دوخطی   ۸۲

شکل ‏۷ ۵ قاعده های آسیب خطی فاز I و فاز II      ۸۲

شکل ‏۷ ۶ قاعده آسیب دوخطی منحنی آسیب انباشته برای بارگذاری دو مرحله ای     ۸۳

شکل ‏۷ ۷ مختصات نقطۀ زانو برای قاعدۀ آسیب دو خطی    ۸۴

فهرست جداول

جدول ‏۳ ۱ استانداردهای اجرایی ASTM در ارتباط با آزمایش خستگی فلزات           ۱۶

جدول ‏۳ ۲ استانداردهای اجرایی ISO در رابطه با آزمایش خستگی فلزات     ۱۶

جدول ‏۴ ۱ مقادیر تخمینی            ۲۹

جدول ‏۴ ۲ ضرایب قابلیت اطمینان ۳۱

جدول ‏۴ ۳ ضرایب بار     ۳۳

جدول ‏۶ ۱ خواص تقریبی رشد ترک خستگی در ناحیه II برای معادله پاریس            ۷۰

جدول ‏۷ ۱ داده های آزمون خستگی تنش پله ای چهار مرحله ای     ۸۱