مطالعه تجربی و عددی تغییرات پارامترهای مکانیک شکست در ترک خارجی استوانه های اتوفرتاژ شده تحت فشار داخلی

یکی از روش های موثر در بالا بردن تحمل فشار در استوانه های جدار ضخیم، ایجاد تنش پسماند فشاری توسط فرآیند اتوفرتاژ در جدار آنها می باشد. دراتوفرتاژ یک مخزن استوانه ای جدار ضخیم را تا حدی تحت فشار داخلی قرار می دهند که جدار داخلی آن تا شعاع معینی وارد فاز پلاستیک شود. پس از باربرداری تنش پسماند فشاری در جدار استوانه باقی می ماند. در این پژوهش به بررسی استوانه های اتوفرتاژ با ترک خارجی پرداخته شده است. برای این منظور ابتدا اتوفرتاژهایی با نسبت 50% و 100% بر روی نمونه های استوانه ای آلومینیومی با قطرهای خارجی و داخلی (25 و 35) و (20 و 30) بدست آمد. سپس ترک های بیضی شکل با نسبت طول به عمق 1/5 و با زوایه های صفر ، 30 ، 60 و 90 درجه نسبت به خط عمود بر محور استوانه و در سطح خارجی آن ایجاد گردیدند، پس از آن استوانه ها تحت فشار داخلی قرار گرفته و باز شدگی دهانه ترک توسط چسب رپلیکا اندازه گیری گردید.در نهایت فشار آنقدر بالا برده شد تا استوانه ها ترکیدند. شبیه سازی این فرآیند با روش المان محدود انجام شد و نتایج بدست آمده از دو روش با هم مقایسه گردیده است. مقایسه نتایج بدست آمده از نرم افزار المان محدود (abaqus) با نتایج تجربی، نشان دهنده تطبیق خوب نتایج تجربی و شبیه سازی است. همچنین از آنجا که باز شدگی دهانه ترک یکی از پارامترهای شکست در ترک محسوب می شود پارامتر انتگرالِj نیز در طول ترک از شبیه سازی عددی بدست آمد. در نهایت نتایج بدست آمده با هم مقایسه شدند و یک روند کلی در کار مشاهده شد. بدین صورت که با افزایش هر یک از پارمترهای زاویه صفحه ترک با محور طولی استوانه، نسبت طول به عمق ترک، عمق ترک و افزایش میزان اتوفرتاژ، پارامتر انتگرالِj افزایش می یابد.