دانلود پروژه تخمین تنش پمساند با استفاده از روش های غیر مخرب – قسمت دوم

دانلود پایان نامه

كار اصلی در توسعه و ایجاد مسیرهای فرعی كاربری برای كد ABAQUS بود كه برای شبیه سازی حرارت ورودی برای جوشكاری چند پاسه در آنالیز حرارتی و برای یكپارچه سازی اثرات انتقال فازی حالت جامد در آنالیز مكانیكی استفاده شده بودند. در مطالعه ای كه هم اكنون پیش روی شماست ،‌آنالیز حرارتی و آنالیز مكانیكی به صورت غیر متصل بودند و به صورت متوالی (‌ترتیبی ) انجام شدند.

به عنوان یك گام در مرحله نخست در آنالیز حرارتی محاسبه مربوط به حوزه های درجه حرارت گذرا را در حین جوشكاری انجام داده بودند . به عنوان یك مرحله ثانویه ، آنالیز مكانیكی بر اساس نتایج آنالیز حرارتی انجام شده بود در این مرحله ، شكست حجمی مربوط به مارتنزیت نیز با استفاده از ارتباط ماربرگر- كوستین [1] ‌ انجام شد . مدل المان محدود به كار رفته برای آنالیز مكانیكی مشابه با مدل حرارتی می باشد بجز برای نوع المان محدود درشرایط مرزی .

نکته مهم : برای استفاده از متن کامل تحقیق یا مقاله می توانید فایل ارجینال آن را از پایین صفحه دانلود کنید. سایت ما حاوی تعداد بسیار زیادی مقاله و تحقیق دانشگاهی در رشته های مختلف است که می توانید آن ها را به رایگان دانلود کنید

 1-3- آنالیز حرارتی :

مدل جوشكاری در شكل (5(a و توالی مربوط به پاس های جوش در شكل(b) 5 نشان داده شده اند . اندازة بستر مربوط به هر پاس جوش عمدتاً طبق حرارت ورودی تعیین شده بود. در مطالعه ای كه پیش روی شما قرار دارد ، شكل بستر به صورت دقیق مدل سازی نشده بود. حرارت ورودی برای بخش كاری را می توان به دو بخش تقسیم بندی نمود . یكی حرارت مربوط به قوس جوشكاری و دیگری حرارت مربوط به فلز مذاب می باشد . در این مطالعه ، حرارت مربوط به قوس جوشكاری توسط یك منبع حرارت سطحی با یك توزیع گوسیان مدل سازی شده بود و قطرات مربوط به فلز مذاب توسط یك منبع حرارتی حجمی مدل سازی شده بود . ویكمن و پاردو[2] ، ابعاد مربوط به حوضچة جوش و ابعاد تقویت شده مربوط به جوش های GMAW را با استفاده از یك منبع حرارتی مركب را پیش بینی كردند . این تحقیق منجر به این پیشنهاد شدكه به نظر می رسد كه حرارت مربوط به قطرة فلز ، 60% حرارت كلی فلز فرض شود ، منطقی می باشد . در این مطالعه ، حرارت مربوط به قوس نیز 40% حرارت كلی و حرارت مربوط به قطرات فلز مذاب ، 60%حرارت كلی فرض شد . در جوشكاری چند پاسه ، المان های جدید ، به صورت دوره ای به شبكه موجود بعد از یك پاس جوش ، اضافه شده بودند . ضمن اینكه ، شرایط مرزی انتقال حرارت نیز بعد از اضافه شدن المان های جدید ، اصلاح شده بودند.برای بحساب آوردن اثرات انتقال حرارت به واسطه جریان سیال در حوضچه جوش ، یك افزایش تصّنعی در قابلیت رسانایی حرارتی بالای درجه حرارت مذاب فرض شده بود . اثرات حرارتی ایجاد شده توسط انجماد حوضچه جوش توسط در نظر گرفتن حرارت نهان و نهفته ذوبی ، مدل سازی شده بودند .

برای محاسبة افت های حرارتی ،‌هم انتقال حرارتی تشعشعی و هم انتقال حرارتی همرفتی در سطح قطعه كار ، مدل سازی شده بودند.

ورودی حرارتی خالص كلی به صورت زیر محاسبه شده بود :

(1)                                                     

كه در این فرمول مبین فاكتور راندمان ، U ولتاژ قوس ، I جریان جوشكاری و سرعت جوشكاری می باشد.

فاكتور راندمان برای فرآیند جوشكاری 0.6 ,GTAW و برای فرآیند جوشكاری GMAW ، 0.75 فرض می شود .

حرارت ورودی خالص كل را می توان مطابق با جدول 2، محاسبه نمود.

در آنالیز حرارتی ، هم درجه حرارت پیش گرم و هم درجه حرارت موجود در داخل پاس جوش در نظر گرفته شدند . درجه حرارت پیش گرم فرض شد كه 300ºC می باشد كه با نتایج تجربی هماهنگی داشت و درجه حرارت داخل پاس به فرض شده بود .

2-3- انتقال فاز حالت جامد :

هنگامی كه فولاد بالای درجه حرارت A1 حرارت داده می شود ساختار bcc آن شروع به تغییر به سمت ساختار fcc می نماید و حجم كاهش می یابد.

[شكل 5 (a) مدل شبیه سازی و (b) 5 شبكه های المان محدود نزدیك محدودة جوش و توالی‌پاس‌ های‌جوش ]

 در حین خنك كاری سریع ، استنیت با ساختار( (fcc به مارتنزیت با ساختار( bct ) تغییر نموده و حجم افزایش می یابد . تغییر حجم بواسطة انتقال فازی در دورة حرارت دهی و خنك كاری ، در شكل 6 نشان داده شده است .

برای فولاد 9Cr-Mo ، اندازه گیریهای درجه حرارت و محاسبات نشان میدهند كه علیرغم یك درجه حرارت پیش گرم 300ºC  و حرارت ورودی نسبتاً بزرگ ، استنیتی شدن فلزی در حین جوش كاری به 500ºC خنك می شود (‌در یك محدوده زمانی 100-150s) این زمان خنك كاری كوچكتر از زمان خنك كاری معیار می باشد . این قضیه منجر به این پیشنهاد می شود كه بعد از خنك شدن جوش به درجه حرارت اتاق ، ساختار میكروسكوپی مربوط به فلز جوش و HAZ ، مارتنزیت كامل می باشد .

كمیت مربوط به مارتنزیت منتقل شده از استنیت به درجه حرارت زیر درجه تحت خنك كاری Ms، بستگی دارد . این انتقال تقریباً‌مستقل از تركیب شیمیایی می باشد و همه انواع فولادها را در بر می‌گیرد .در این مطالعه ، بسته به درجه حرارت پیك كه یك نقطه یكپارچه سازی از یك المان حاصل در حین فرآیند حرارت دهی و فرآیند خنك كاری از A3 به 500ºC می باشد ، تصمیم گیری بر اساس این پرسش كه آیا نقطة‌مورد نظر از انتقال استنیت به مارتنزیت است یا نه ، صورت می پذیرد . در واقع ، چون راندمان خنك كاری از A3 تا 500ºC خیلی كمتر از زمان لازم مورد نیاز برای خنك كاری برای فولاد 9Cr-1Mo می باشد، همه نقاط مورد نظر كه دارای درجه حرارت پیك بالاتر از A3 می باشد، تحت انتقال مارتنزیتی در هنگام خنك كاری به Ms قرار دارد . فرض ‌می شود كه هنگام خنك شدن به Mf ، استنیت به صورت كامل به مارتنزیت تبدیل می شود .

در محاسبات ، درجه حرارت Ms فرض شد كه 375ºCمی باشد درجه حرارت 200ºC,Mf                 A3 920ºC , A1 820ºC می باشند.

در این مطالعه ،‌ارتباط ماربرگر – كوستین بیان شده توسط فرمول (2) برای شرح انتقال مارتنزیت استفاده شده بود .

(2)                                 

در این فرمول ،fm بخشی از مارتنزیت در درجه حرارت موجود ، T درجه حرارت در حین خنك كاری می باشد .

به منظور ردیابی و علّت یابی تغییر شكل مارتنزیتی در حین خنك كاری ، تعادل دیفرانسیلی بر اساس فرمول 2 در مدل المان محدود استفاده شده بود . با توجه به نحوة‌نگارش به صورت تصاعدی، فرمول دیفرانسیلی را می توان به صورت زیر نوشت:

(3)                                           

كه در این فرمول افزایش درجه حرارت در حین خنك كاری می باشد .

 3-3- آنالیز مكانیكی :

در آنالیز مكانیكی ، اثرات روی تنش پسماند مربوط به تغییرات حجم و تغییر تنش نهایی به واسطة انتقال مارتنزیتی ، در محاسبات اعمال می شوند.

در دورة‌مربوط به یك فرآید جوش ، یك كشش اضافی القاء شده توسط ارزیابی ساختار میكروسكوپی در حین انتقال فاز حالت جامد در امتداد كرنش حرارتی می باشد . طبق تغییر ساختار میكرسكوپی ، انتقال القاء شده پلاستیكی نیز تولید می شود . بنابراین نرخ كرنش كلی( ) را می توان به صورت مجموع مؤلفه های تكی از نرخ كرنش به صورت زیر باز نویسی نمود :

(4)                                                     

مؤلفه ها در این فرمول مبین نرخ كرنش به واسطة بارگذاری حرارتی ، پلاستیكی ، و الاستیكی ، تغییرات حجمی و تغییر شكل پلاستیكی می باشند .

در این مطالعه ، انتقال القاء شده پلاستیكی به حساب نیامده بود . با عدم در نظر گرفتن این مؤلفه ، افزایش كرنش را می توان به صورت زیر بیان نمود :

(5)                                                     

تغییرات حجمی مربوط به فولاد ضد زنگ 9Cr- 1Mo اصلاح شده در حین انتقال مارتنزیتی به صورت تجربی اندازه گیری شد . شكل 7 ارتباط بین كرنش به واسطة تغییرات حجمی و درجه حرارت برای فلز پایه و فلز جوش را نشان می دهد . از این شكل می توانیم مشاهده كنیم كه درجه حرارت Ms مربوط به فلز پایه 400ºC می باشد یا درجه حرارت فلز جوش 350ºC می باشد .

[ شكل 6- نمودار شماتیك مربوط به تغییرات حجمی به واسطة انتقال فازی ]

[شكل 7- تغییرات حجمی فلز جوش 9Cr-1Mo در حین خنك كاری ]

 و خط شكسته شده ، مقدار متوسط برای فلز پایه و فلز جوش را نشان می دهد . در این مطالعه ، مقدار متوسط، هماهنگ سازی شده بود . از شكل 7 این نكته هم قابل مشاهده می باشد كه كرنش به واسطة تغییرات حجمی وابسته با انتقال مارتنزیتی نسبت داده شده به فولاد 9Cr-1Mo به صورت تقریبی 3-10 × 5/7 می باشد با استفاده از رابطة ماربرگر – كوستین افزایش كرنش به واسطة تغییرات حجمی در دورة‌مربوط به انتقال مارتنزیتی می تواند با استفاده از فرمول زیر محاسبه شود :

(6)                                                                        

كه در این فرمول3-10 × 5/7 می باشد.

كشیدگی حرارتی و تغییرات حجمی به واسطة انتقال استنیتی نیز با استفاده از یك مُد خطی در نظر گرفته می شود . از طریق اصلاح ضریب انبساط حرارتی، كرنش به واسطة تغییرات حجمی را می توان در كد ABAQUS در نظر گرفت یك مسیر فرعی برای كد ABAQUS برای محاسبة شكست مارتنزیتی و تغییرات حجمی در حین خنك كاری و حرارت دهی ایجاد شده بود .

در عمل ، ساختار میكروسكوپی در دورة مربوط به انتقال مارتنزیتی یك تركیب از مارتنزیت و استنیت می باشد و شكست حجمی مربوط به هر فاز به واسطة خنك كاری تغییر می كند. این نكته قابل برداشت و نتیجه گیری است كه خواص مكانیكی همانند استحكام نهایی در حین خنك كاری بروز می كنند. در این مطالعه ، تغییر استحكام نهایی به واسطة انتقال مارتنزیتی توسط ایجاد یك مسیر فرعی محاسبه شده بود . بدلیل فقدان داده های تجربی دقیق ، ما تغییر استحكام نهایی را با استفاده از یك روش ساده ، در نظر می گیریم .

استحكام نهایی مربوط به فلز پایه برای كل مُد در حین فرآیند حرارت دهی مربوط به جوشكاری اول، به كار گرفته شده بود . درجه حرارت پیك مربوط به هر نقطه یكپارچه سازی در مدل در حین جوشكاری ثبت شده بود بسته به درجه حرارت پیك كه یك نقطه ویژه در حین فرآیند حرارت دهی حاصل شده بود .و تصمیم گیری بر اساس اینكه آیا نقطه مورد نظر تحت تبدیل مارتنزیتی اوستینتی قرار دارد یا نه ، انجام می گیرد .

برای هر نقطه‌ای كه تحت انتقال فازی قرار داشت . استحكام نهایی ، توسط فلز جوش تعیین شد (یعنی میزان استحكام به نوع فلز جوش بستگی داشت ) برای فلز بستر جوش كنونی ، استحكام نهایی مربوط به فلز پایه ، در حین حرارت دهی و هنگامی كه درجه حرارت به درجة Ms رسیده بود (‌خنك شده بود ) استفاده شد،در عوض استحكام نهایی مربوط به فلز جوش استفاده شد . در جوشكاری با چندین نوبت جوش بدلیل سیكل حرارتی پیچیده ، برخی محل ها تحت تأثیر دو یا چند انتقال فازی حالت جامد واقع خواهند شد برای محل هایی كه تحت تأثیر چندین انتقال فازی قرار می‌گیرند . استحكام نهایی مربوط به فلز جوش در حین حرارت دهی استفاده شده بود . بدلیل فقدان داده های دقیق مربوط به مادة‌ استنیتی با درجه حرارت پایین ، استحكام نهایی مربوط به فلز پایه در حین خنك كاری بكار برده شد . بعد از رسیدن درجه حرارت به درجه حرارت Ms، استحكام نهایی مربوط به فلز جوش ، دوباره به كار برده شد .

[ شكل 8- تغییر استحكام نهایی در ضمن انتقال مارتنزیتی ]

 شكل 8، استحكام نهایی وابسته به درجه حرارت فلز جوش را نشان می دهد این شكل همچنین تغییر استحكام نهایی را در حین انتقال مارتنزیتی به نمایش می گذارد .

 4- حالت های شبیه سازی شده :

برای طبقه بندی و مشخص نمودن اثرات روی تنش پسماند جوشكاری مربوط به تغییرات حجمی و تغییر استحكام نهایی به واسطة انتقال مارتنزیتی ، چهار حالت متفاوت مورد مطالعه قرار گرفتند . در حالت A، انتقال فازی در نظر گرفته نشد . این بدان معنی می باشد كه نه تغییرات حجمی و نه تغییر استحكام نهایی هیچ یك در نظر گرفته نشدند.

در حالت B، فقط تغییرات حجمی به واسطة‌انتقال فازی به حساب آورده شد .اما استحكام نهایی ناچیز بود . در مقام مقایسه در حالت C، فقط تغییر استحكام نهایی در نظر گرفته شد . اما تغییرات حجمی در نظر گرفته نشد . درحالت D، هم تغییرات حجمی و هم تغییر استحكام نهایی در نظر گرفته شدند. این چهار حالت در جدول 3 آمده اند .

5- مباحثه دربارة موضوع ارائه شده :

 1-5- تأثیر تغییرات حجمی :

اگر حالت A به عنوان یك حالت استاندارد فرض شود ، با مقایسه حالت B و حالت A، تأثیر تغییرات حجمی به واسطة انتقال مارتنزیتی را می توان مشخص نمود.

[جدول 3- حالت های شبیه سازی شده ]

شكل 9 تنش مماسی را در حالت A و حالت B روی سطح بیرونی نشان میدهد . در حالت A، یك تنش مماسی كششی درناحیه شكست و HAZ وجود دارد . و حداكثر تنش 520Mpa می باشد كه به استحكام نهایی در درجه حرارت اتاق نزدیك می باشد ودر حالت B این نكته مشخص است كه تنش مماسی فشاری در ناحیه ذوب و HAZ تولید شده بود، تنش فشاری توسط تغییر حجم به واسطة انتقال مارتنزیتی با درجه حرارت نسبتاً پایین تولید شده بودند شكل 10، توزیع تنش محوری را روی سطح بیرونی در حالت های B,A را نشان می دهد . این نكته قابل مشاهده است كه یك اختلاف بزرگی بین دو حالت نزدیك به ناحیه جوش وجود دارد در حالت A تنش فشاری در سمت چپ ناحیه جوش تولید شده بود و تنش كششی نسبتاً بزرگی در هر دو سمت نزدیك به ناحیه جوش تولید شده بودند در مقام مقایسه ، تنش های فشاری نسبتاً بزرگی در نزدیكی ناحیه جوش در حالت B تولید شده بودند.

با توجه به نتایج مربوط به حالت شبیه سازی می توان به این نكته رسید كه تغییرات حجمی به واسطه انتقال مارتنزیتی دارای یك تأثیر قابل توجهی روی تنش پسماند جوشكاری در لوله های فولادی 9Cr-1Mo اصلاح شده می باشد.

[ شكل 9- توزیع تنش مماسی مربوط به حالت A و حالت B روی سطح بیرونی ]

 ‍[شكل 11- توزیع های تنش مماسی مربوط به حالت A و حالت C روی سطح بیرونی ]

[شكل13- توزیع های تنش مماسی در جهت محوری (a )سطح بیرونی ،( b ) سطح درونی ]

  -5- تأثیر تغییر استحكام نهایی :

شكل 11 تنش های مماسی را در حالت A و حالت Cروی سطح بیرونی لوله را نشان می دهد از این شكلها مشخصاً می توان مشاهده كرد كه تنش مماسی بالاتری در حالت C تولید شده بود . شكل 12 توزیع های تنش محوری را در امتداد جهت محوری روی سطح بیرونی در حالت A‌و حالت C را نشان می دهد . به صورت خیلی واضح می توان مشاهده نمود كه یك تنش محوری فشاری بالاتر در ناحیه ذوبی و HAZ در حالت C تولید می شود به دلیل استحكام نهایی بالاتر به واسطه تبدیل مارتنزیتی در حالت C ، به صورت قابل توجهی ، تنش های پسماند بالاتر بعد از جوشكاری تولید شده بودند .

3-5- مقایسه بین نتایج شبیه سازی شده و نتایج تجربی :

شكل (13(a),(b توزیع تنش مماسی مربوط به حالت های A-D و نتایج تجربی روی سطوح بیرونی و درونی را به ترتیب نشان می دهد . در شكل (13(a ، توزیع تنش مربوط به حالت A و حالت C خیلی متفاوت از موارد مربوط به حالت C,B می باشند . در ناحیه جوش و در ناحیه تحت تأثیر حرارت( HAZ )تنش های فشاری درحالت B‌و حالت D به واسطة تغییر حجم القاء شده توسط انتقال مارتنزیتی تولید شده بودند.

برای دیدن قسمت های دیگر این تحقیق لطفا” از منوی جستجوی سایت که در قسمت بالا قرار دارد استفاده کنید. یا از منوی سایت، فایل های دسته بندی رشته مورد نظر خود را ببینید.

با فرمت ورد

Leave a comment