بررسی رشد ترک خستگی ناشی از خمش در استوانه های اتوفرتاژ شده با ترک خارجی

در این تحقیق رشد ترکهای سطحی خارجی در استوانههای اتوفرتاژ شده تحت بارگذاری خستگی خمشی، مورد بررسی قرار گرفته است. اتوفرتاژ فرآیندی است که در آن استوانه جدار ضخیم در معرض مقدار معینی فشار داخلی قرار میگیرد، به طوری که قسمتی از جداره داخلی آن وارد ناحیه پلاستیک میشود. در این حالت برداشتن فشار باعث ایجاد تنش پسماند فشاری در جداره داخلی و تنش پسماند کششی در جداره بیرونی استوانه میگردد. در این مقاله، ترکها از نوع ترکهای نیمبیضوی، نیمبیضوی معکوس و نیم دایرهای میباشند. ماده مورد استفاده آلومینیم ۲۰۲۴ در نظر گرفته شد و میزان اتوفرتاژ نمونهها ۴۰ و ۶۰ درصد لحاظ گردید. ترکها در جهت محیطی و عمود بر محور طولی استوانه در نظر گرفته شدند. شبیهسازی عددی به روش اجزاء محدود انجام شد. در انتها نتایج حاصل از حل عددی و تجربی با هم مقایسه گردیدند. از بررسی نتایج مشاهده گردید که در اتوفرتاژ ۶۰% تعداد سیکلهای شکست کمتر از اتوفرتاژ ۴۰% و آن نیز کمتر از حالت بدون اتوفرتاژ است. توزیع ضریب شدت تنش در پیشانی ترک متقارن است و ترک در صفحه اولیه خود رشد میکند که نشان دهنده غالب بودن رفتار مود اول شکست در طول رشد ترک است. در تمامی نمونهها، ترک بعد از چند مرحله رشد به شکل نیم بیضوی در میآید و این حالت را تا لحظه شکست حفظ میکند.

Keywords:

Autofrettage , External crack , fatigue crack growth , Bending , اتوفرتاژ , ترک خارجی , رشد ترک خستگی , خمش