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

در این تحقیق رشد ترک‏های سطحی در استوانه‏ های اتوفرتاژ شده تحت بارگذاری خستگی خمشی و خمشی-پیچشی 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 پژوهش ترک‏ها از نوع ترک‏های نیم‏ بیضوی، نیم‏ بیضوی معکوس و نیم دایره‏ ای می‏باشند. ماده مورد استفاده آلومینیم 2024 در نظر گرفته شد و میزان اتوفرتاژ نمونه‏ ها 40 و60 درصد لحاظ گردید. امتداد صفحه ترک نسبت به محور طولی استوانه برای نمونه ‏های تحت خمش با زوایای صفر و 45 درجه در نظر گرفته شد و برای نمونه‏ های تحت خمش-پیچش زاویه 45 درجه لحاظ گردید. شبیه‏ سازی 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 نمونه اتوفرتاژ 60 درصد تعداد سیکل‏ها تا قبل از شکست کمتر از نمونه‏ اتوفرتاژ 40 درصد است. در نمونه‏ هایی که تحت خمش خالص هستند توزیع ضریب شدت تنش در پیشانی ترک متقارن است و ترک در صفحه اولیه خود رشد می‏کند که نشان دهنده غالب بودن رفتار مُود اول شکست در طول رشد ترک است. در تمامی نمونه ‏ها ترک بعد از چند مرحله رشد به شکل نیم بیضوی در می‏آید و شکل خود را تا لحظه شکست حفظ می‏کند. در نمونه ‏هایی که دارای ترک 45 درجه بودند مشاهده گردید که ترک در گوشه ‏ها به مُود اول شکست تبدیل می‏شود و صفحه ترک دچار چرخش می‏شود.