بررسی اندازه گیری و محاسبه تنش های پسامند در سازه های جوشکاری شده با استفاده از تکنیک کرنش سنجی سوراخ و روش المان محدود

مطالعات انجام شده در مورد رفتار قطعات و سازه های صنعتی نشان میدهد تاثیر تنش های پسماند در این رابطه قابل چشم پوشی نیست. نتایج بررسی ها نشان داده است قطعات مشابه که دارای تنش های پسماند مختلف باشند در شرایط کاری یکسان از نظر استحکام استاتیکی و دینامیکی، خواص خوردگی و پایداری ابعادی رفتارهای مختلفی نشان میدهند. در این رساله به موضوع تنشهای پسماند جوشی از دیدگاه نحوه ایجاد، اندازه گیری و تخمین آن و نیز استحاله تنشهای پسماند در سازه ساخته شده پرداخته شده است. هدف این رساله کسب یک دید روشن، عمیق و تخصصی از بروز تنش های پسماند جوشی، اندازه گیری، محاسبه و استحاله این نوع تنش ها میباشد. فعالیت پژوهشی انجام شده در این رساله شامل بخش های تحلیلی، آنالیز عددی و انجام تست های تجربی میباشد و شامل موضوعات زیر میباشد. 1- استفاده از تکنیک کرنش سنجی سوراخ در اندازه گیری تنش های بزرگ و متغیر در ضخامت. 2- محاسبه تنش های پسماند ناشی از عملیات جوشکاری و تنش گیری حرارتی در اتصال جوشی از جنس فولاد زنگ نزن آستنیتی. طبق پژوهش های انجام شده نتایج اندازه گیری تنش های پسماند که بزرگتر از 60 % استحکام تسلیم باشند، بدلیل خطای تغییر شکل پلاستیک اطراف موضع اندازه گیری معتبر نمیباشد. در این رساله، با استفاده از آنالیز عددی و انجام تست های تجربی خطای روش استاندارد کرنش سنجی سوراخ در اندازه گیری تنش های بزرگ مورد بررسی قرار گرفته و یک روش برای حذف اثر خطای پلاستیک و تصحیح نتایج اندازه گیری ارائه شده است. با استفاده از روش ارائه شده در این رساله تکنیک کرنش سنجی سوراخ را میتوان برای اندازه گیری تنش های پسماند جوشی بزرگ یکنواخت در ضخامت مورد استفاده قرار داد. روش ارائه شده در مورد چند نمونه جوشی ساخته شده که دارای تنش های پسماند بزرگ بودند مورد استفاده قرار گرفت. در ادامه، اندازه گیری تنش های پسماند متغیر در ضخامت مورد توجه قرار گرفت و روابط مورد استفاده در محاسبه این نوع تنش ها استخراج گردید. در این قسمت با توسعه مدل های پارامتریک المان محدود برای تعیین ضرایب ثابت مورد نیاز، قابلیت استفاده از این تکنیک در اندازه گیری تنش های پسماند متغیر در ضخامت و یا در مورد موادی با خواص مکانیکی متغیر در ضخامت بدست آمده است. این روش در اندازه گیری تنش بر روی نمونه تحت بار خمشی که دارای تنش متغیر میباشد نتایج قابل قبولی ارائه داد. در بخش دیگری از این رساله، فرآیند عملیات تنش گیری حرارتی بر روی نمونه جوشی از فولاد زنگ نزن آستنیتی 304 کم کربن مورد توجه قرار گرفت که طی آن دما و زمان مناسب برای عملیات حرارتی تنش گیری فولاد مورد بررسی650 درجه سانتیگراد به مدت حداکثر 90 دقیقه تعیین شد. در ادامه با انجام تست های تجربی رفتار تنش-کرنش و آزاد شدن تنش در دمای مورد عملیات حرارتی مورد توجه قرار گرفت. ساخت نمونه تجربی اتصال جوشی و شبیه سازی عملیات جوشکاری و تنش گیری حرارتی آن قسمت بعدی از فعالیت پژوهشی در این رساله میباشد که با استفاده از کد ansys انجام گردید. در این قسمت از مدل سازی سه بعدی یک اتصال جوشی به همراه شرایط تکیه گاهی حین جوشکاری و تحلیل غیر کوپل استفاده گردید. نتایج بدست آمده از محاسبات المان محدود برای توزیع تنش با مقادیر اندازه گیری شده مقایسه شد که تطابق قابل قبولی نشان میدهد. از نتایج حاصله از این پژوهش میتوان در محاسبه و اندازه گیری تنش های پسماند جوشی سازه های مختلف استفاده نمود. امکان محاسبه و پیش بینی تغییرات تنش در حین عملیات حرارتی تنش گیری از دیگر نتایج این پژوهش میباشد. با استفاده از توانایی بدست آمده در این پژوهش بهینه سازی پارامترهای جوشکاری و عملیات حرارتی به منظور کاهش مشکلات احتمالی ممکن میباشد. علاوه بر فرآیند جوشکاری، نتایج این پژوهش در اندازه گیری تنش های پسماند ایجاد شده از سایر فرآیند های ساخت به عنوان یک معیار کنترل کیفیت نیز قابل استفاده میباشد.