تاثیر هم زمان انبساط سرد و نیروی پیش بار بر عمر خستگی در اتصالات دو لبه برشی آلیاژهای آلومینیم

در یک اتصال پیچ و مهره که توسط عملیات انبساط سرد تقویت شده و سپس با گشتاور سفت کننده معین بسته شده است، اثر هر دو روش افزایش عمر (انبساط سرد و پیش بار) به صورت هم زمان دیده می شود. اثر این دو روش به صورت مجزا مورد مطالعه محققان زیادی قرار گرفته و نتایج مفیدی داشته است. ولی مطالعات منسجم و کاملی در مورد تاثیر هم زمان هر دو عامل انجام نشده است. در این پایان نامه اثرات انبساط سرد و پیش بار بر روی استحکام خستگی اتصالات پیچ و مهره مورد بررسی قرار می گیرد. برای این منظور از دو روش تجربی و شبیه سازی المان محدود استفاده شده است. نمونه مورد مطالعه اتصال دو لبه برشی ساخته شده از جنس آلیاژ آلومینیم 2024-t3 است، که توسط یک اتصال پیچ و مهره به هم متصل شده اند. در مرحله تجربی، نمونه ها تحت بارگذاری متناوب با دامنه-های مختلف قرار گرفته اند. تستها تا مرحله گسیختگی نهایی ادامه پیدا کرده است. سپس مقاطع شکست و سطوح سایش مورد مطالعه قرار گرفته اند. نتایج بدست آمده از تستهای تجربی نشان می دهند که هر یک از دو روش عملیات انبساط سرد و نیروی پیش بار به صورت جداگانه تاثیر مطلوبی روی عمر خستگی دارند. اما بر خلاف پیش بینی های اولیه، برای حالت ترکیبی عملیات انبساط سرد و نیروی پیش بار، وقتی که درصد انبساط سرد به مقدار بهینه و متداولی که در مقالات مختلف به آن اشاره شده است افزایش داده می شود، نه تنها عمر اتصال افزایش پیدا نمی کند بلکه کاهش شدید از خود نشان می دهد. بررسی سطوح سایش و مقاطع شکست نشان می دهد که برای این گروه از نمونه ها، ترک از محل سایش و در ناحیه دور از سوراخ شروع می شود که نشانه های بارز تغییر نوع گسیختگی، از خستگی ساده به خستگی سایشی است. در مرحله شبیه سازی عددی به کمک نرم افزار المان محدود ansys، تمامی مراحل تستهای عملی شبیه سازی شده است. توزیع تنش و کرنش در نقاط حساس اتصال استخراج شده است. نتایج المان محدود نشان می دهد که عملیات انبساط سرد، اندازه تنشهای میانگین را در اطراف سوراخ کاهش می دهد و اعمال نیروی پیش بار نیز بیشتر باعث کاهش اندازه دامنه تنشها در اطراف سوراخ می شود. در نتیجه هر دو روش باعث بهبود عمر اتصال می شوند. با اعمال هم زمان عملیات انبساط سرد و نیروی پیش بار اثر مثبت هر دو روش باعث کاهش تنشهای میانگین و دامنه تنشها در اطراف سوراخ می شود. اما بررسی های بیشتر توسط پارامترهای خستگی سایشی نشان می دهند که، درصد بهینه عملیات انبساط گزارش شده در تحقیقات قبلی در ترکیب با نیروی پیش بار نه تنها باعث بهبود عمر خستگی نمی شود، بلکه باعث فعال شدن خستگی سایشی می شود. در مرحله شبیه سازی عددی هم چنین سعی شده است تا به کمک معیارهای خستگی چند محوره، عمر لازم برای شروع ترک محاسبه شود. سپس در ادامه عمر لازم برای رشد ترک توسط نرم افزار afgrow محاسبه شده است. در نهایت با جمع عمرهای بدست آمده، عمر کل خستگی اتصال محاسبه شده و با نتایج تستهای تجربی مقایسه شده است.