آنالیز خستگی

  مقدمه:

 گاهی اوقات در اثر اعمال بار تناوبی (مثلاً یک بار کشش فشار) بر روی سازه، با اینکه تنش ماکزیمم ایجاد شده بر روی سازه کمتر از تنش نهایی آن است ، اما پس از اعمال تعدادی سیکل ، بر روی سازه ترک هایی ایجاد شده که در نهایت منجر به شکست می شود. این پدیده را خستگی در اثر اعمال بار تناوبی می نامند.

  در مبحث خستگی با دیاگرام دامنه تنش بر حسب تعداد سیکل (دیاگرام S-N) آشنا   شده اید. مثلاً می دانید که در حالت High Cycle Fatigue ماده غالباً در ناحیه  الاستیک قرار دارد. اما در حالت Low Cycle Fatigue ماده وارد محدوده پلاستیک شده است.

 در نرم افزار ANSYS  برای انجام یک تحلیل خستگی تحت بار متناوب ابتدا باید تنش های ایجاد شده در سازه را تحت بارهای تناوبی تعیین کرد. بنابراین قبل از انجام هر آنالیز خستگی باید یک آنالیز استاتیکی که شامل حداقل دو بارگذاری (Load Step) میباشد را انجام دهید سپس با توجه به کانتورهای تنش (در هر بار اعمال شده) ، گره های بحرانی را ، تشخیص داده و سپس به محاسبه خستگی بر روی این گره های بحرانی بپردازید. برای انجام تحلیل خستگی پس از انجام تحلیل استاتیکی با مفاهیم زیر باید آشنا بود.

  EVENT: تعداد سیکلهایی است که بر روی سازه اتفاق می افتد.

  LOADING: بارهای اعمالی در آنالیز است که جزئی از EVENT   میباشد.

  Location: گره های بحرانی سازه است که محاسبات خستگی بر روی آنها انجام میشود و این گره ها توسط کاربر پس از محاسبه تنش و کرنش در هر بار گذاری بر روی مدل باید شناسایی شود.

 دیاگرام S-N : نمودار دامنه تنش بر حسب تعداد سیکل خستگی است که در صفحه قبل توضیح داده شد و همچنین برای فلزات مختلف از کدهای ASME قابل دستیابی است.

  دیاگرام Sn-T : در مواردی که سازه وارد ناحیه پلاستیک میشود تعریف این دیاگرام و پارامترهای الاستو – پلاستیک ضروری است.

 نرم افزار ANSYS بر اساس کد ASME Boiler & Pressure Vessel (Section III) محاسبات خستگی را انجام می دهد و حال آنکه به کاربر توصیه کرده است در صورت تمایل به استفاده از روشهای دیگر ، محاسبه عمر خستگی را بر اساس معیار مورد نظر انجام دهد. در این راستا زبان پارامتری نرم افزار و نوشتن برنامه مناسب می تواند این نیاز کاربر را به سادگی بر آورده سازد.

  محاسبه خستگی بر اساس روش ANSYS  به صورت زیر انجام می شود.

  1.مدلسازی و حل مساله با توجه به بارگذاری موجود در حل خستگی

  2.فراخوانی مدل در POST1

  3.تعیین تعداد نقاط ،   Eventو Loading برای نرم افزار

  4.تعیین خواص خستگی ماده موجود.

  5.تعیین فاکتور تمرکز تنش در صورتی که کاربر نسبت به حل اجزاء محدود و نتایج آن به علت عدم امکان ایجاد شبکه بندی مناسب اطمینان کافی ندارد.

  6.بازیابی تنش های مربوط به نقاط تعیین شده.

  7.محاسبه خستگی بر اساس روش نرم افزار و مشاهده عمر به دست آمده.

  نکته 1: به طور پیش فرض ارزیابی خستگی در نرم افزار بر اساس تعداد نقاط 5 ، تعداد Event برابر 10 و تعداد Loading در هر Event برابر 3 می باشد. کاربر می تواند در صورت نیاز مقادیر فوق را تغییر دهد.

 نکته 2: دیاگرام Sn-T ، منحنی مقادیر شدت تنش بر حسب دما می باشد. این منحنی در مواردیکه کاربر بخواهد نرم افزار بررسی کند که آیا تنش های نامی در محدوده پلاستیک می باشند یا خیر ، بایستی تعیین شود. پارامترهای مادی الاستیک – پلاستیک نیز (Strain Hardening Exponent) M , N در صورت نیاز به انجام محاسبات ساده کد برای محدوده پلاستیک نیز بایستی تعیین شوند. این پارامترها از کد ASME برای مواد در دسترس می باشد.

  نکته 3: سازه ها عموماً تحت تنش های ماکزیمم و مینیمم متعدد قرار دارند که معمولاً توزیع تنشی تصادفی داشته و کاربر از نحوه توزیع آنها اطلاع صحیح ندارد. در این راستا کاربر بایستی در تعیین تعداد تکرار تمامی محدوده های تنش دقت کند. نرم افزار ANSYS در محاسبه محدوده تنش ها و تعداد رخدادهای هر کدام از روش         Rain Flow استفاده می کند. این روش به همراه امکان ایجاد خطای محاسباتی در آن و روش جلوگیری از ایجاد خطا در  آن در فرم مثال زیر توضیح داده شده است

تست خستگی بوژي:

 این تست برای مشخص نمودن عمر وسیله نقلیه بایستی انجام شود. از دیگر خروجی های این آنالیز می توان به محدوده ضریب ایمنی و یا یافتن نقاط بحرانی که در آنالیز های استاتیکی پیشین قابل استخراج نمی باشند اشاره نمود. بنابراین این آنالیز بایستی بعد از آنالیز های استاتیکی انجام شود.در صورت وجود ادوات با دقت مناسب پیشنهاد می گردد این تست بر روی بوژی انجام شود.

آنالیز خستگی در Ansys :

  دراین آنالیز نیز مانند سایر آنالیز ها بایستی قید ها، به صورت قید های ساده اعمال شوند. علاوه بر اين طبق معادلات اشاره شده در فصل تست بوژی بایستی یک نیروی سیکلیک نیز بر روی این وسیله اعمال شود. نتایج این آنالیز به صورت زیر ارائه می شود.

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: