تخمین نیروی وارد بر یک پیچ به منظور بررسی واماندگی استاتیکی و خستگی یک اتصال پیچ و مهره ای شدیداً به مقدار سختی اعضاء وابسته است. همچنین مقدار سختی اعضاءاثر مستقیم برای جلوگیری از جدایش اتصال دارد. در این پایان نامه ابتدا رفتار خطی سختی مورد بررسی قرار گرفته است. در این روش با استفاده از روش المان های محدود و با توجه به توزیع تنش در ناحیه تماس بین اعضاء، شعاعی به نام شعاع جدایش تعریف و محاسبه شده است. سپس با استفاده از این شعاع جدایش یک مخروط فشار اصلاح شده و دقیقتر با زاویه نیم راس بسیار دقیق 20 درجه نسبت به تحقیقات قبلی ارایه شده است. سپس با استفاده از هندسه مخروط اصلاح شده، یک رابطه تحلیلی برای محاسبه سختی اعضاء محاسبه شده است. در قسمت دوم پایان نامه، رفتار غیر خطی سختی با استفاده از تحلیل المان محدود غیر خطی اتصالات پیچ و مهره ای مطابق با استاندارد ansi ، انجام شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که سختی اتصال به مقدار بسیار زیادی به موقعیت و مقدار بار خارجی اعمال شده بستگی دارد. همچنین مقدار و موقعیت بار خارجی به مقدار زیادی بر روی شعاع جدایش اثر می گذارد. در نهایت یک محدوده طراحی شکست بر اساس روابط بدست آمده در این تحقیق، معرفی می شود. این محدوده شکست. طراح قادر می سازد تا در هر مرحله ای از طراحی از مقدار و موقعیت مجاز بار خارجی اعمال شده و همچنین شکست احتمالی اتصال (شرایطی که سبب جدایش کامل اتصال می شوند)، در هر مرحله از طراحی آگاه باشد.

در اکثر ماشین آلات صنعتی دیسک های دوار در دماهای خزش (نیروگاه های اتمی و صنایع تبدیل انرژی) اهمیت بسیار زیادی دارند. اصولاً برخی از دیسک ها دارای ناخالصی می باشند لذا تخمین عمر آنها دیگر بر اساس دیاگرام های استاندارد در asme و غیره قابل اطمینان نمی باشد، لذا برای بررسی شکست نیاز به دانستن پارامتر پار گی خزش به نام c* می باشد، که شبیه پارامتر شکست در مکانیک شکست مانند j است. در این پروژه سعی شده است از روش vcemr پارامتر پار گی خزش c(t) را در زمان های مختلف و در دماهای مختلف برای یک دیسک از نوع ماده استاندارد محاسبه گردد، و همچنین مقدار آن در زمان گذر یعنی c* بدست آورده شود. حل انتگرال کانتورهای مختلف در این روش توسط برنامه macro که (در پیوست آورده شده است) و با پشتیبانی زبان پارامتریک ansys انجام شده است. برای تخمین عمر خزش قطعات نیاز به مقادیر c* بر حسب پارامتر های هندسی و خواص ماده در دماهای مختلف می باشد، که برای برخی از قطعات ساده (تیرها) این مقادیر ارایه شده اند. برای بررسی دیسک دوار چنین توابعی در دسترس نمی باشند. لذا در اینجا سعی شده است برای ابعاد مختلفی از دیسک و ماده مقادیر c* از روش vcemr محاسبه شود و سپس با استفاده از رگرسیون غیرخطی به این توابع دسترسی یافت. برای این کار بایستی از طریق قیاس با مکانیک شکست j نیز فاکتوری بنام q* در توابع تعریف نمود تا قادر باشد مقادیر c* بر حسب ابعاد هندسی و مواد مختلف را ارایه دهد. همچنین در این پروژه سعی شده است که برای ارزیابی دقت جواب های c(t) و c* نیز جوابها با روش-های تنش مرجع با استفاده از آنالیز حد و روش تنش مرجع با استفاده از آنالیز مکنزی مقایسه شود. اصولاً روش rsm منجر به جواب هایی تقریبی ؛ لذا در این پایان نامه ترجیحاً روش vcemr و قیاس با شکست استفاده شده است. از آنجاییکه امروزه محاسبه c* به روش آزمایشگاهی بر اساس تغییر مکان نیرو می باشد ولی در دیسک چرخان نیروی خارجی وجود ندارد و نیرو بصورت گریز از مرکز است، لذا امید است که با استفاده از نتایج q* در آینده نزدیک بتوان روشی را برای اندازه گیری c* در قطعات تحت نیرو های به این شکل ارایه داد. در پایان یک روش برای محاسبه سرعت آستانه و سرعت بحرانی دیسک برای جلوگیری از شروع گسترش ترک و همچنین یافتن سرعت بحرانی دیسک برای شروع پارگی سریع پیشنهاد شده است.

در این تحقیق جهت بررسی اثرات غیر خطی مقدار و موقعیت شعاعی بارگذاری خارجی بر روی شعاع جدایش عضو تحت شرایط خزش از مدال المان محدود دو بعدی تقارن محوری اتصال پیچ و مهره ای استفاده شده است. با تغییر مقدار بار خارجی از صفر تا حداکثر آن از 28? تا 49? کاهش در شعاع جدایش دیده می شود. از بین چهار پیچ استفاده شده در این تحقیق در پیچ m24 با افزایش فاصله شعاعی بار خارجی شعاع جدایش عضو برای حداقل و حداکثر بار خارجی به ترتیب 4? و 51? کاهش یافت. تغییرات شعاع جدایش عضو با اعضای اتصال از جنس های سرامیک فولاد و آ لومینیوم در شرایط خزش از 2? تا 26? به ترتیب در پیچهای m8 و 24m مشاهده شد. نتایج بدست آمده در این تحقیق با نتایج بدست آمده در تحقیقات قبلی و در شرایط دمای اتاق وبدون خزش نیز مقایسه شده اند. در این تحقیق از طریق رگراسیون نتایج بدست آمده از روش المان محدود رابطه صریح مفیدی جهت تخمین شعاع جدایش عضو به صورت تابعی از شرایط هندسی خواص مکانیکی بارگذاری خارجی ارایه شده است. ونتایج بدست آمده از معادله مذکور با نتایج روش المان محدود مقایسه شده اند و در نهایت یک محدوده طراحی جدید اتصال بر اساس معیار شعاع جدایش بحرانی معرفی شده است. این محدوده جدایی اتصال طراح را قادر می سازد تا در هر مرحله ای از طراحی با توجه به شعاع جدایش مجاز اتصال از مقدار و موقعیت مجاز بار خارجی اعمال شده اگاه باشد.

اگر طی فرایند جوشکاری، کرنش های حرارتی غیرخطی حاصل از بار دمایی گذرا، از حد الاستیک تجاوز نمایند، باعث کرنش های پسماند و درنتیجه تنش های پسماند می شوند. این تنش ها در مقاطع ضخیم سه بعدی اند و دارای توزیع پیچیده ای هستند. در این تحقیق روش و اسلوب تحلیل و پیش بینی عددی(المان محدود) حوزه های انتقال حرارت گذرا و تنش های پسماند ناشی از فرایند جوشکاری ارائه می شود. در اینجا تعیین توزیع تنش های پسماند دوبعدی، در طول ضخامت یک ورق فولاد متوسط ضخیم با جوش چندپاس مورد نظر می باشد. جوشکاری با گاز محافظ mig و جوش از نوع لب به لب x شکل است ، ولی روش تحلیل برای حالتها و جنس های دیگر نیز قابل تعمیم است . تحلیل و پیش بینی تنش های پسماند جوش یک تحلیل حرارتی - مکانیکی(ترمومکانیکی) است . ولی چون حرارت ناشی از کرنش الاستو- ویسکو- پلاستیک قطعه کار، در مقایسه با حرارت قوس الکتریکی جوشکاری که به قطعه کار وارد می شود بسیار کم و قابل صرفنظر است ، دو تحلیل مستقل حرارتی و مکانیکی صورت گرفته است . ابتدا تحلیل انتقال حرارت گذرا انجام و تاریخچه دمایی محاسبه و ذخیره شده است . سپس نتایج تحلیل اول بصورت بار دمایی گذرا روی مدل مکانیکی اعمال و یک تحلیل استاتیک غیرخطی انجام شده و در نتیجه تنش های پسماند جوش بدست آمده است . این تحلیل ها به کمک نرم افزار تحلیل مهندسی nisa انجام شده است .

یکی ا زمشکلات موجود در خط تولید تیوب شیشه ای لامپ فلورسنت ، تغییرشکل شافت اسلیو بخصوص در زمان قطع برق می باشد. این زمان که حدودا" 20 ثانیه طول می کشد، باعث اعمال بار یکطرفه به شافت شده و در اثر پدیده خزش دچار خمیدگی می گردد. در این پژوهش که هدف کسب مهارت در تعیین عمر شافت اسلیو می باشد، سعی شده بعد از معرفی معادلات رفتاری خزش در مقالات و کتب مختلف ، رفتار خزش ماده بکار رفته و نحوه محاسبه پارامترهای مربوط به آن، برنامه کامپیوتری جهت تعیین ضرایب تهیه شده است . بعد از بررسی، بهترین معادله رفتار برای فولاد h10 استاندارد مجارستان (1.4841) انتخاب و شافت اسلیو را در نرم افزار ansys مدل نموده و عمر شافت را تا خمیدگی مجاز بدست آورده ایم . پس از تائید پروسه شبیه سازی می توان تغییرات هندسی و مواد را در کامپیوتر به همین روش مدل نمود.

خیلی از اجزاء مورد استفاده در مهندسی دارای ناپیوستگی هندسی همچون پله ای شکل ها، جاخارها و سوراخهای روغن - شیارها و رزوه ها هستند که عموما" به صورت ناچ معرفی می شوند. ناچها باعث افزایش تنش - کرنش در ریشه هایشان می شوند. ترکهای خستگی که عموما" باعث شکست قطعات ناچدار می شوند از ناچ شروع شده و گسترش پیدا می کنند به این دلیل در اینجا رفتار خستگی قطعات ناچدار بررسی شده است . در این پروژه خستگی دو نوع شفت ناچدار یعنی شفت شیاردار و شفت پله ای که برای هر کدام دو تمرکز تنش مختلف در نظر گرفته شده، مورد استفاده قرار گرفته اند. ماده مورد استفاده در شفتها فولاد ck45 می باشد که یک ماده کاربردی در صنعت است . جهت بدست آوردن خواص مونوتونیکی و سیکلی ماده تست کشش ساده و تست کشش - فشار سیکل نیز انجام شده است و بررسی عمر خستگی از روش s-n دیاگرام با استفاده از رابطه peterson و ضریب حساسیت ناچ مربوطه و روش ( -n) که برای تعیین مقدار کرنش در ریشه ناچ از روشهای خطی، نیوبر و چگالی انرژی استفاده شده و از طریق رابطه عمر- کرنش ، مانسون - گافن عمر قطعات ناچدار تعیین گردیده است و با نتایج حاصل از تست مورد مقایسه قرار گرفته اند و نتیجه گرفته شده است که روش s-n دیاگرام روش آسان و تا حدودی دقیق جهت محاسبه عمر قطعات ناچدار است و روش ( -n) روش دقیق است به شرط اینکه برای تعیین کرنش در ریشه ناچ از روشهای خطی، نیوبر و چگالی انرژی در دامنه مختلف از ضریب تمرکز تنش استفاده شود.

در این پروژه رفتار الاستیک - پلاستیک فیلتهای چرخدنده تحت بارهای نوسانی و یکنواخت و به کمک تحلیل اجزا محدود بررسی شده است و تغییرات تنش ها و کرنش ها در مسیرهای مختلف روی دندانه در ناحیه الاستیک و پلاستیک به صورت نمودارهای متعدد ارائه شده است . در تحلیل برای ارتباط دادن تنش با نموکرنش های پلاستیک از قانون جریان prandtle-reuss همراه با معیار تسلیم von-mises استفاده شده است . برای مدل کردن رفتار تنش - کرنش الاستیک - پلاستیک یکنواخت و نوسانی از سه مدل ساده الاستیک - کاملا پلاستیک (epp)، الاستیک با سختی ایزوتروپیک (eih) و الاستیک با سختی سینماتیک (ekh) استفاده شده است و نتایج بدست آمده با مقادیر برآورده شده توسط قوانین تنش - کرنش ناچ (nssc rules) مورد مقایسه قرار گرفتند و رابطه عددی مناسب از روش نتایج حاصل ارائه گردیده است . در ادامه نتایج تحلیل در منطقه الاستیک با نتایج آزمایشگاهی فتوالاستیستیه مقایسه شده اشت . در این پروژه کلیه نتایج بر حسب خواص ماده نمالایز شده اند بطوریکه می توان از آن ها برای دیگر موادی که دارای رفتار تنش - کرنش و ابعاد هندسی مشابه باشند استفاده نمود.

در این پروژه بیان روشی جهت بدست آوردن دیاگرام های استحکام باقی مانده، جهت مواد پوسته مخزن گاز co2 مدنظر می باشد. این روش براساس اصول مکانیک شکست خطی ارائه شده و ترک های در نظر گرفته شده در پوسته مخزن به صورت نیم بیضوی و نیم دایره ای می باشند. با بیان تئوری اصول مکانیک شکست خطی، مشخص گردید که چقرمگی مواد انتخابی برای مخزن و ضریب شدت تنش برای ترک های در نظر گرفته شده، از پارامترهای اساسی و تعیین کننده در بدست آوردن دیاگرام های استحکام باقی مانده می باشند. جهت بدست آوردن ضرایب شدت تنش روش اجزاء محدود (fem) بکار گرفته شده است .

تحلیل تنش های مکانیکی - حرارتی در پیستون به علت طبیعت دوگانه آن که هم شامل تعیین توزیع دما و انتقال حرارت و هم شامل تحلیل الاستوپلاستیک است ، به راحتی امکان پذیر نمی باشد. زیرا شکل تنش حرارتی که در اثر توزیع دمای خاصی در قطعه ایجاد می شود، معمولا بطور کامل با شکل توزیع دما متفاوت است . وجود این پدیده چندگانه و بعلاوه پارامترهای مشکل کننده مثل شکل پیچیده قطعات ، باعث عدم توانایی در استفاده از روش های سنتی برای محاسبه تنش ها و کرنش ها شده و کاربرد روش های عددی مثل اجزا محدود را حیاتی می کند. در این پروژه جهت تحلیل پیستون موتور دیزل از روش عددی اجزا محدود استفاده شده است و در آن با استفاده از روش finite element و نرم افزار nisa تحلیل های انتقال حرارت ، الاستیک - پلاستیک و خزش بر روی تاج پیستون صورت گرفته است . جهت انجام تحلیل های فوق و تعیین توزیع دما و تنش ها و کرنش های حرارتی - مکانیکی، تاج پیستون به صورت دوبعدی و متقارن محوری (axisymmetric) مدل گردیده و به شکل غیرخطی تحلیل شده است . نتیجه بدست آمده از تحلیل های فوق نشان داده است که ماکزیمم دما و تنش در لبه بالایی تاج پیستون اتفاق می افتد. در نهایت با استفاده از مقادیر تنش ها و کرنش های بدست آمده از سیکل بار موتور و نمودار تنش - کرنش در نقطه بحرانی پیستون، حلقه های متعادل بسته ای به دست آمده است که به کمک این حلقه ها می توان عمر پیستون را تخمین زد.

هدف از انجام این پروژه بررسی کرنش در جوشهای مقاومتی نقطه ای می باشد. بدین منظور ابتدا چند مدل اجزاء محدود برای نقطه جوش در نظر گرفته می شود. سپس برای انتخاب مناسب ترین مدل چندین آزمایش انجام می گردد. با توجه به مقایسه نتایج تحلیل اجزاء محدود مدلها در نظر گرفته شده با نتایج آزمایش ، می توان بهترین مدل نقطه جوش را تعیین نمود. برای بررسی تاثیر تغییر پارامترهای مختلف هندسی (قطر نقطه جوش و ضخامت ورق) بر مقدار ضریب تمرکز تنش الاستیک ، تحلیل خطی استاتیکی روی نمونه های برشی انجام می شود. سپس در تحلیل غیر خطی تحت بارگذاری استاتیکی و چرخه ای روی دو نمونه برشی و کششی،تاثیر تغییر پارامترهای هندسی (قطر نقطه جوش ، فاصله بین نقطعه جوشها و ضخامت ورق) بر مقادیر ضریب تمرکز تنش پلاستیک و ضریب تمرکز کرنش الاستوپلاستیک بررسی می گردد. در انتها بدست آمده از تحلیل اجزاء محدود با نتایج حاصل از قواعد تبدیل تنش کرنش در ناچها مقایسه می گردد. و روشی برای پیش بینی عمر خستگی سازه هایی که دارای تعداد زیادی اتصال نقطه جوشی می باشند (مانند بدنه خودرو)، پیشنهاد می شود.

واماندگی قطعات مکانیکی تحت اثر یک بار تکرار شونده خستگی نامیده می شود که این نوع واماندگی به عنوان یکی از متداول ترین انواع واماندگی های مکانیکی مطرح می باشد. تنش های پسماند نیز سیستمی از تنش ها هستند که می تواند بدون اثر نیروهای خارجی در یک جسم وجود داشته باشد. این نوع تنش ها در کاهش یا افزایش عمر خستگی قطعات از قابلیت فراوانی برخوردار بوده و این اثر به هیچ وجه قابل چشم پوشی نیست.ای این دیدگاه، در این پایان نامه اثر تنش های پسماند ایجاده شده در فرآیند تولید رینگ چرخ خودرو پژو 405، بر عمر خستگی این قطعه مورد بررس قرار گرفته است. در ابتدا با استفاده از نرم افزار المان محدود ‏‎nisa ii (version 5.2)‎‏ فرآیند تولید کاسه رینگ مدل سازی می شود. سپس با استفاده از نتایج تحلیل استاتیک غیرخطی مدل مذکور و جایگزینی مقادیر مروبطه در رابطه نیوبرتنش ها پسماند ایجاد شده محاسبه می شود. در مرحله بعد دستگاه تست خستگی رینگ (موجود در شرکت رینگ سازی مشهد) مدل سازی شده و پس از تحلیل استاتیک خطی رینگ تنش های ایجاد دشه در رینگ بدست می آید. نهایتا با توجه به نتایج تحلیل استاتیکی و لحاظ کردن مقدار تنش پسماند محاسبه شده، با استفاده از معیار کرنش عمر خستگی رینگ بدست آمده و با نتایج بدست آمده از دستگاه تست خستگی مقایسه می شود.

یک روس ساده برای تخمین بارهای حد و ‏‎shakedown‎‏، استفاده از تحلیل اجزا محدود الاستیک متوالی و تئوری باند پائین و بالا می باشد. این روش تحت عنوان جبرانی الاستیک موجود است. این روش تحلیل الاستیک تکراری برای-اصلاح متوالی مدول الاستیسیته در نواحی که تنش معادل محاسبه شده الاستیک از مقاومت تسلیم مواد بیشتر می شود بکار گرفته می شود. این تکنیک اولین بار بر روی پوسته های ضخیم کروی و استوانه ای تحت فشار اعمال شده و مشاهده شد که این روش با حلهای الاستیک-پلاستیک تحلیلی همبستگی خوبی دارد. در این کار ابتدا روش فوق را بررسی کرده و مثالهائی که با آن حل شده اند آورده شده است و سپس آنرا بر روی سازه محفظه تستر خلا حرارتی پیاده می کنیم. همچنین در این کار به بررسی مقاومت سازه در برابر پدیده رشد کرنش ‏‎(ratchetting)‎‏ می پردازیم. بالاخره در انتها به طراحی این مخزن با استفاده از کد ‏‎asme‎‏ پرداخته شده است.

هدف این پروژه تخمین معادلاتی برای این نوع صفحات می باشد، که ضرایب شدت تنش و تمرکز تنش و مقادیر ‏‎j-integral‎‏ و سایر پارامترهای کنترلی را بر حسب هندسه شکل بیان می کنند. این معادلات از طریق تحلیلهای ترک بوسیله نرم افزار المان محدود ‏‎ansys‎‏ و با استفاده از روش ‏‎non linear regression method‎‏ به دست آمده اند و در نهایت منجر به معادلاتی می شوند که با داشتن ضریب تمرکز تنش (از یک تحلیل الاستیک ساده) می توان تمامی پارامترهای شکست را تخمین زد.

در طراحی مکانیک شکست، خستگی از اهمیت بالایی برخوردار است و تقریبا همه شکستهای ناشی از خستگی به دلیل تمرکز تنش می باشد. بنابراین ترک های خستگی در نقطه ای که بیشترین تنش وجود دارد، شروع به رشد می کند. به همین منظور جهت پیش بینی رشد ترک و اندازه ترک بحرانی داشتن اطلاعات دقیق از ضریب تمرکز تنش الزامی می باشد و بایستی دقیقا محاسبه گردد. هدف اصلی این پروژه تخمین معادلات شدت تنش و مقادیر ‏‎j-integral‎‏ برای جوشهای مقاومتی تحت بارهای ‏‎tensile and shear‎‏ می باشد. جهت بدست آوردن این معادلات از دو روش استفاده شده است ، روش اول، روش متعارف بوده و برحسب طول ترک و ضریب پیکره هندسی می باشد ولی روش دوم که مهمترین بخش پروژه را تشکیل می دهد ، تخمین معادلات ضرایب شدت تنش و نیز ‏‎j‎‏ بر حسب ابعاد شکل هندسی و ضریب تمرکز تنش می باشد.

دراین پایان نامه با استفاده از روش اجزای محدود پارامتر خزشی شکست‏‎c*‎‏ مورد بررسی و تحقق قرار گرفته است.محاسبه پارامتر نوک ترک‏‎c*‎‏ در هنگام رفتار غیرخطی خزشی، نیازمند آنالیزهای اجزا محدود غیرخطی زمان بر ، پرهزینه و همواره با مشکل عدم همگرایی روبرو می باشد.