بررسی رفتار نمونه های Al۱۰۵۰ تحت فرایند اتوفرتاژ به روش المان محدود و تجربی

اتوفرتاژ فرایندی است که به منظور ایجاد تنش­های پسماند مفید در استوانه­های جدار ضخیم تحت فشار مورد استفاده قرار می­گیرد. در این روش تنش­های پسماند فشاری در سطح داخلی موجب افزایش ظرفیت بار، بهبود عملکرد عمر خستگی و کاهش شروع ترک­های خستگی می­شود. فرایند اتوفرتاژ می­تواند با استفاده از فشار هیدرولیکی یا مکانیکی به جداره داخلی سیلندرهای جدار ضخیم برای ایجاد تنش­های پسماند انجام شود. در این پژوهش یک مجموعه اتوفرتاژ آزمایشگاهی بر مبنای عملکرد هیدرولیکی ساخته شد و سپس نمونه­های آلومینیوم ۱۰۵۰ در فشارهای مختلف تحت فرایند اتوفرتاژ قرار گرفت. هم­چنین برای ارزیابی رفتار نمونه­ها تحت فرایند اتوفرتاژ، نمونه­ها در نرم­افزار المان محدود ABAQUS مدل­سازی شد و برای ارزیابی صحت داده­های حاصل از روش المان محدود از کرنش­سنج نصب شده بر روی نمونه­ها در راستای مماسی استفاده گردید. در مدل­سازی المان محدود نمونه­ها تمامی پارامترهای تاثیرگذار بر فرایند اتوفرتاژ، همانند اصطکاک بین صفحات محفظه و نمونه­ها و رفتار الاستیک-پلاستیک سخت شونده نمونه­ها لحاظ گردید. نتایج حاصل از روش المان محدود و کرنش­سنج­، تطابق بسیار خوبی نسبت به هم پیدا کردند. نتایج حاصل از روش المان محدود، نشان­دهنده وجود یک درصد اتوفرتاژ بهینه در هر فشار کاری می­باشد. هم­چنین ملاحظه شد که با اعمال درصد اتوفرتاژ بهینه، می­توان بیشینه تنش­های فون میسز در نمونه­ها را تا حدود ۲۷% کاهش داد. با وجود اینکه در قطعات اتوفرتاژ نشده بیشینه تنش­ها در جداره داخلی نمونه اتفاق می­افتد، ولی با اعمال فرایند اتوفرتاژ علاوه بر کاهش بیشینه مقدار این تنش­ها می­توان بیشینه مقدار آن­ها را به سمت جداره خارجی انتقال داد و این کار از جهت اینکه اکثر ترک­های خستگی در جداره داخلی قطعه تشکیل می­شوند، بسیار حائز اهمیت است. در نهایت نتایج حاصل از روش المان محدود نشان می­دهد که عدم در نظرگیری پارامترهای موثر در فرایند اتوفرتاژ (اصطکاک و نیروی محوری) باعث ایجاد خطای زیادی در درصد اتوفرتاژ می­شود.

Keywords:

اتوفرتاژ , درصد اتوفرتاژ , رفتار الاستیک-پلاستیک , لولههای جدار ضخیم , المان محدود , حساسیت مش