جوشکاری یکی از متداول ترین فرآیندها در ساخت انواع سازه های مکانیکی هستند. در کنار مزایای متعدد این فرآیند، به واسه ی پیچیدگی میدان های تنش و کرنش پسماند ناشی از آن مطالعه و شناخت اثرات آن بر عملکرد سازه های مزبور از جایگاه ویژه ای در پژوهش های کاربردی برخودار شده است. هدف مدل سازی جوش اصطکاکی اغتشاشی و بررسی اثر میدان های تنش پسماند بر روی پارامتر های شکست j-integral و k-factor در آن می باشد. بدین منظور ابتدا باید گرادیان دمایی حاصل از ایجاد پیوند در تمام هندسه سطح تخمین زده شود و سپس با استفاده از آن میدان تنش پسماند ناشی از این گرادیان دمایی بدست آورده شود. در ادامه تاثیر این میدان های تنش پسماند بررسی می شود. در نرم افزار abaqus پین جوش کاری و قطعه کار را مدل کرده و در یک آنالیز دینامیک- دمایی فرآیند را شبیه سازی کرده ایم. سپس با انتقال میدان های تنش پسماند به یک آنالیز استاتیک و ایجاد ترک مورد نظر تاثیر این میدان های تنش پسماند بر پارامتر j-integral بررسی شده است. برای اعتبار سنجی نتایج حاصل از حل نرم افزاری اجزا محدود، تعداد 18 عدد نمونه آزمایشی نیز مورد بررسی قرار گرفته است. برای طراحی آزمایشات از روش تاگوچی استفاده شده که شامل نمونه های با ضخامت 3، 4 و 5 میلیمتر می باشد. برای ایجاد جوش در نمونه ها از دستگاه فرز استفاده شده که دور های متفاوت 800، 1000 و 1250 دور بر دقیقه و سرعت انجام جوش 20، 25 و 30 میلیمتر بر دقیقه در آزمایش مورد استفاده قرار گرفته اند و برای هر حالت ترک به دو صورت طولی و عرضی نسبت به خط جوش مورد آزمایش قرار گرفته است. برای نمونه های 5 میلیمتری طبق استاندارد e399 از نمونه ct و برای نمونه های 3 و 4 میلیمتری طبق همان استاندارد از نمونه 3point bending استفاده شده است. پس از انجام جوش، نمونه ها تحت تست شکست قرار گرفته اند و پارامتر شکست k-factor برای آن ها محاسبه شده است. نهایتاً نتایج حاصل از شبیه سازی نرم افزاری و آزمایش با هم مقایسه شده اند.

بسیاری از قطعات مهندسی در طول عمر خود با بارهایی بیش از حد مجاز مواجه می شوند. بنابراین لازم است تخمینی از اندازه باری که باعث خارج کردن قطعه از سرویس می شود، داشته باشیم. این مسئله در مورد قطعات ترد که بدون هشدار قبلی دچار شکست می شوند، اهمیت بیشتری پیدا می کند. اثر دو نوع پیش بارگذاری روی نمونه های استاندارد آزمایشگاهی بررسی شده است. این نمونه ها از فولادهای فریتی a508-cl3، a533b-sg و a533b-aea ساخته شده اند که کاربرد بسیار وسیعی در ساخت مخازن تحت فشار دارند. شوک دمایی که با کاهش سریع دمای مخزن همراه است و هچنین پرتوافکنی باعث بروز رفتار ترد در این فولادها می شوند. این مخازن تحت بارگذاری با اندازه ای بسیار بالا قرار دارند که این امر باعث فعال سازیِ ترک های ریز می شود که به نوبه خود می تواند منجر به فاجعه گردد. بنابراین پیش بینیِ شرایط شکست در قطعاتِ با تاریخچه بارگذاری، اهمیت پیدا می کند. در این تحقیق با استفاده از داده های آزمایشگاهی و گسترش روش نگاه محلیِ بر پایه تنش، به پیش بینیِ اثر پیش بارگذاری روی شکست ترد و بهبود آن پرداخته شده است. به علاوه، تنش وایبول و عوامل دخیل در روند نگاه محلی (آزمایش، مدل سازی، تحلیل) به منظور تصحیح عوامل کاهنده دقت، بررسی شده است. در انتها مطالعه پارامتری روی نقش مدول وایبول در نمودار توزیع تنش وایبول در مقابل بار شکست ترد، نشان می دهد که تنش های وایبول حول نقطه ای دوران دارند. اندازه تنش وایبول در این نقطه مرجع به ازای هر مدول وایبولی تقریبا یکسان است. به عبارت دیگر در این نقطه رابطه وایبول مستقل از مدول وایبول است. بار شکست ترد متناظر با این نقطه، حداقل بار آستانه شکست در نظر گرفته شده و احتمال شکست برای بارهای کمتر از آن نادیده گرفته می شود. درستی مطالعه اخیر روی چند نمونه بررسی شده و نتایج حاصل باعث بهبود پیش بینیِ اثر پیش بارگذاری (نسبت به نتایج مطالعات گذشته) در نمونه های مورد بررسی شده است.

آلیاژ آلومینیوم 7075 به طور گسترده در سازه های سبک بویژه صنعت هوافضا مورد استفاده قرار می گیرد. به طور کلی شکست در آلیاژهای سری 7000 با مکانیزم جوانه زنی، رشد و انعقاد حفره ها همراه است، مخصوصا نرمی این آلیاژها با جوانه زنی حفره های اولیه کنترل می شود. با این وجود، توزیع غیریکنواخت حفره های اولیه، بویژه در نواحی دارای تمرکز تنش یا نوک ترک، به نتایج غیریکسان شکست در سازه ها و نمونه های آزمایشگاهی مشابه و تحت بار یکسان منجر می شود. بنابراین پیشنهاد می شود که ترکیبی از مدل های شکست نرم (مانند مدل gtn) و مدل های مبتنی بر احتمال شکست (مانند توزیع وایبول در مدل برمین) در پیش-بینی رفتار شکست این آلیاژها مورد استفاده قرار گیرد. در این پروژه روش جدیدی که بر مبنای توزیع ماکزیمم کسر حجمی حفره هاست معرفی می شود تا بتوان احتمال شکست را در نمونه های تست پیش بینی کرد. مطالعات آزمایشگاهی بر روی سه نمونه استاندارد تست کشش، سی نمونه میلگرد شیاردار یا rnb و چهار نمونه ct انجام پذیرفت. پارامترهای مدل gtn با استفاده از نتایج تست نمونه های استاندارد کشش و مدل سازی در نرم افزار آباکوس کالیبره شدند. سپس از این پارامترهای کالیبره شده به همراه نتایج تست سایر نمونه ها جهت کالیبره کردن پارامترهای وایبول استفاده شد. توزیع احتمال شکست نهایی پیشنهاد شده در این پروژه به شکل زیر است: p_r=1-exp?[-(f_max/f_u )^m که در آن m و f_u پارامترهای وایبول و f_max ماکزیمم کسر حجمی حفره هاست که توسط مدل gtn ارائه می شود. یک زیربرنامه در زبان مطلب جهت کالیبره کردن پارامترهای وایبول نوشته شده است. نتایج پارامترهای وایبول کالیبره شده نشان داد که پارامترهای کالیبره شده به یکدیگر نزدیک بوده و می توانند به عنوان یک مجموعه داده مناسب برای ماده مدنظر انتخاب شوند.

عمومیترین و باصرفه ترین روش شناخته شده انتقال نفت و گاز طبیعی از محل تولید به مصرف کننده نهایی در حجم بالا و به صورت بدون وقفه، استفاده از خطوط لوله قطور فولادی و شبکه های پرفشار انتقال می باشد. در فشارهای بالای کاری، ایمنی و بی نقص بودن سازه و مقاومت آن در مقابل رشد ترک، از اهمیت ویژه ای از نظر مهندسین طراح خط لوله انتقال گاز برخوردار است. به طور همزمان تقاضا برای لوله های فولادی دارای استحکام بالا همراه با چقرمگی مناسب، رو به افزایش است. این لوله ها تا قبل از دهه1970 با استفاده از فولادهای نورد گرم و نرمالیزه شده و پس از این زمان از فولادهای ترمومکانیکال ساخته می شوند. بخش وسیعی از خطوط لوله انتقال گاز در ایران از جنس فولاد api x70 می باشد که با استفاده از فرایند ترمومکانیکال تولید و بصورت لوله های به قطر 56 اینچ بطور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. لذا ضروری است مقاومت در برابر رشد ترک (خصوصاً تحت بارگذاری دینامیکی) به عنوان یکی از مهم ترین خواص مکانیکی، برای این فولاد بررسی و با استانداردهای خطوط انتقال گاز مقایسه شود. در تحقیق حاضر به منظور ارزیابی رفتار دینامیکی فولاد api x70 (فولاد پایه)، با استفاده از آزمون ضربه شارپی، اطلاعاتی نظیر انرژی شکست و درصد سطح شکست برشی در بازه دمایی گسترده بین دمای محیط و دماهای فوق سرد بدست آمده و با استاندارد api 5l (2007) مقایسه می گردد. همچنین منحنی تغییر رفتار نرم به ترد (منحنی انتقال) برای اولین بار در ایران بر اساس انرژی شکست، انبساط جانبی و سطح شکست برشی ترسیم و تطابق مدل وایبول برای دماهای رفتار کاملاً ترد و رفتار انتقال، بطور آماری بررسی و مقایسه می گردد. شکست نگاری نمونه ها با استفاده از عکس برداری الکترونی روبشی (sem) انجام و سطوح شکست نرم و ترد در دماهای مختلف بررسی و تحلیل می گردد.

خستگی تماس غلتشی (rcf) یکی از مهم ترین مکانیزم های آسیب در ریل های فولادی می باشد. امروزه افزایش بار محوری، افزایش ترافیک عبوری و افزایش سرعت قطارها عامل تشدید rcf شده است. در این مطالعه تخمین عمر ریل فولادی با وجود ترک سطحی بررسی می شود. بدین منظور مشخصات چرخ و ریل نزدیک به راه آهن جمهوری اسلامی ایران انتخاب شد. شبیه سازی دو بعدی با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود abaqus 6.10 انجام شده است. در بارگذاری چرخ و ریل، بار عمودی مربوط به وزن واگن و نیروی کششی برای حرکت قطار با سرعت ثابت به مرکز چرخ اعمال شده اند. در ابتدا با توجه به آمارها و داده های موجود در مقالات معتبر، ترکی سطحی به طول 5 میلی متر با زاویه 25 درجه نسبت به سطح ریل مدل گردیده است. سپس با توجه به مسیر رشد ترک در مسیرهای مستقیم، ترک مرحله به مرحله رشد داده شده است. در هر مرحله، پس از استخراج تاریخچه ضرایب شدت تنش در نوک ترک، و بر اساس مدل های تاناکا، ریچارد و نرخ انرژی آزاد شده، ضریب شدت تنش معادل محاسبه شده است. سپس به کمک رابطه والکر نرخ رشد ترک خستگی تخمین زده شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی تطابق خوبی را با تئوری تماسی هرتز (hct) نشان می دهد، و تنش های حداکثر در زیر سطح ریل بوجود می آیند. با توجه به کوچک بودن ناحیه پلاستیک نوک ترک می توان جهت تخمین عمر ریل از رهیافت مکانیک شکست الاستیک خطی استفاده نمود.

به دلیل فواید بسیار نظیر سادگی ایجاد و سبک بودن، استفاده از چسب ها در ایجاد اتصالات سازه ای در صنایع مهم به خصوص صنایع هوافضا به سرعت در حال افزایش است. فلزات و مواد غیر فلزی متصل شده به یکدیگر به وسیله چسب ها، نیازمند اندازه گیری های دقیق برای اطمینان از پایداری سازه در عمر کاری خود تحت شرایط مختلف محیطی و بارگذاری های مختلف می باشند. یکی از جنبه های مهم طراحی این سازه ها پیش بینی مقاومت اجزا اتصال یافته در برابر شکست است. اتصالات به صورت بالقوه؛ بخش هایی از سازه هستند که بیشتر در معرض تمرکز تنش و در نتیجه شروع شکست می باشند. در پژوهش حاضر خصوصیات مکانیکی چسب مورد استفاده به کمک نمونه استاندارد کشش محاسبه شده است و از نمونه استاندارد شکست مد یک، ct ، برای محاسبه انرژی بحرانی آزاد شده مد یک چسب استفاده شده است. این خصوصیات برای پیش بینی به وجود آمدن و رشد ترک در اتصالات به کمک روش المان محدود گسترش یافته استفاده شده اند. علاوه بر این چند نمونه تیر یک سر گیر دارد دوبل، dcb ، با یک لایه از چسب با ضخامت مشخص، به منظور مطالعه آزمایشگاهی مسیر رشد ترک در مرز فلز و چسب و در داخل لایه آن، ساخته شده و مورد آزمایش قرار گرفت. روش المان محدود گسترش یافته ی به کار رفته در نرم افزار abaqus، از معیار های مختلفی برای پیش بینی آغاز رشد ترک استفاده می کند. رشد ترک در این نرم افزار به کمک تکنیک ترک بسته شده مجازی مورد تحلیل قرار می گیرد. از این قابلیت نرم افزار برای تعیین شرایط آغاز رشد ترک و پیش بینی مسیر رشد آن استفاده شده است. آزمایش های صورت گرفته به کمک روش المان محدود گسترش یافته مدل سازی شده و نتایج آن با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است. در پژوهش حاضر از تئوری مکانیک شکست الاستیک خطی استفاده شده است. نتایج نرم افزاری حاصل تشابه بسیار خوبی با نتایج آزمایشگاهی را نشان دادند.

دراین پایان نامه نخست به بررسی روابط توزیع تنش، بار حدی و پارامترهای بهینه دو فرایند اتوفرتاژ و شرینک فیت پرداخته شده و حل های تحلیلی موجود با پاسخ نرم افزار المان محدود abaqus مقایسه شده است تا از طرفی صحت این روابط سنجیده شده و از طرف دیگر، تأییدی بر نوع شبیه سازی شرایط مختلف این فرایندها در نرم افزار باشد. با توجه به پیچیدگی روابط در شرایط تنش صفحه ای، حل صریحی برای توزیع تنش در این شرایط وجود نداشته و فقط دستگاه معادلاتی برای تعیین روابط توزیع تنش استخراج شده است که پاسخ دستگاه معادلات به کمک کد نوشته شده در نرم افزار matlab، تعیین گردیده است. همچنین بهینه سازی فرایند شرینک فیت براساس دو متغیر شعاع و فشار شرینک فیت برپایه تئوری تنش معادل ون میزز در شرایط کرنش صفحه ای انجام شده است. در ضمن، روش های مختلف فرایند شرینک فیت شامل جازدن های دمایی، محوری و گریز از مرکزی در نرم افزار مدل سازی شده و با روابط تئوری مقایسه شده است. در مرحله ی بعدی به بررسی این دو فرایند با فرض وجود ترک در ساختار مورد نظر پرداخته می شود. در این مرحله، نخست نمودار مشخصه ای برای مخازن دارای انواع ترک تعریف شده، سپس بر اساس نتایج این نمودار، فشار بهینه فرایند اتوفرتاژ بسته به موقعیت و عمق ترک های مختلف تعیین می شود. با کمک پاسخ این نمودار، اثر فرایند اتوفرتاژ بر توزیع تنشهای ون میزز و عمود بر سطح ترک به ازای ترک های مختلف تعیین شده است. همچنین اثر نوع رفتار ماده در ناحیه سخت شوندگی، شرایط مرزی و نیز ترک های بوجود آمده بعد از فرایند اتوفرتاژ نیز بررسی شده است. به کمک نتایج نرم افزار، بهینه سازی فرایند شرینک فیت در مخازن دو لایه ی دارای ترک محوری سراسری نیز انجام شده و پارامترهای فشار و شعاع بهینه ی شرینک فیت تعیین گردیده است. آنگاه با بررسی وابستگی این کمیت ها به متغیرهای مختلف، روابطی برای این دو کمیت در مخازن دارای ترک محوری سراسری استخراج شده است. سپس در شرایط بهینه و مشابه فرایند اتوفرتاژ، تنش های میزز و عمود بر ترک ناشی از این فرایند بررسی شده است تا علاوه بر بررسی اثر فرایند شرینک فیت بر عملکرد مخازن دارای ترک، پاسخ بدست آمده با نتایج فرایند اتوفرتاژ نیز مقایسه گردد.

تاکنون چندین مدل برای پیش بینی مراحل شکست نرم ارائه گردیده است که یکی از پرکاربردترین آنها مدل گرسون می باشد که با اصلاحاتی که در سال های بعد روی آن صورت گرفت به نام مدل اصلاح شده گرسون یا gtn شناخته می شود. این مدل در نرم افزار تحلیلی abaqus نیز تعریف شده است. یکی از اشکلات این مدل عدم توانایی در پیش بینی دقیق مراحل پایانی شکست می باشد، به همین دلیل در سال 2000 ژنگ و همکارانش با ترکیب مدل gtn و مدل بار حدی تامسون، مدل کامل گرسون (cgm) را ارائه نمودند. برای بررسی رشد ترک نرم در شرایط مختلف بارگذاری از دو نمونه شیاردار تک لبه در حالت کشش (sent) و نمونه شیاردار تک لبه در حالت خمش (senb) استفاده شده است. اثر عمق ترک اولیه روی منحنی های مقاومت ترک توسط هر دو مدل gtn و cgm شبیه سازی شده است. برای بررسی مقاومت ترک از پارامتر فاصله بازشوندگی نوک ترک (ctod) در منحنی های مقاومت ترک استفاده شده است. نتایج مقاومت بیشتر برای طول ترک های کوتاه تر را نشان می دهد. همچنین اثر نسبت حجم حفره اولیه (f0) روی منحنی های مقاومت بررسی گردیده است. در پایان با معرفی تئوری کرنش ویژه در اندازه گیری تنش های پسماند، از این تئوری برای مدل سازی میدان های تنش پسماند و بررسی اثر آنها روی رفتار رشد ترک نرم استفاده گردیده است. منحنی های مقاومت ترک در هر دو حالت وجود تنش های پسماند کششی و فشاری محاسبه گردیده اند. همچنین شبیه سازی ها برای دو فولاد apix65 و apix70 که از پرکاربردترین فولادها در خطوط انتقال ایران می باشند، با استفاده از پارامترهای کالیبره شده آنها در سایر کارهای تحقیقاتی تکرار و منحنی های مقاومت ترک برای آنها محاسبه گردیده است

لوله های دولایه مقاوم به خوردگی، برای بدست آوردن طول عمر بیشتر و قابلیت اطمینان در زمان استفاده، به طور وسیعی در خطوط انتقال صنعت نفت و گاز، پتروشیمی، انرژی اتمی و . . . استفاده می شود. در سالهای اخیر به طور ویژه ای این نوع لوله ها به روش هیدروفرمینگ تولید می شوند. در این فرآیند تولید، دو لوله با استفاده از فشار داخلی که تغییر شکل پلاستیک لوله داخلی را به دنبال دارد، با یکدیگر یکپارچه می شوند. هدف از پژوهش حاضر مورد مطالعه قرار دادن جنبه مکانیکی فرآیند هیدروفرمینگ لوله دو لایه و پیشنهاد دادن پارامترهای مناسب فرآیندی می باشد. لوله داخلی از جنس آلیاژهای مقاوم به خوردگی می باشد. لوله بیرونی از جنس فولاد کربنی انتخاب می شود. با فشار داخلی ایجاد شده در داخل لوله داخلی و افزایش فشار تا مقدار مشخص، لوله داخلی در جهت شعاعی منبسط شده و بعد از تماس با لوله بیرونی موجب منبسط شدن آن خواهد شد. اگر فشار داخلی که بر مبنای تئوری استوانه های جدار ضخیم محاسبه می گردد، از مقدار مشخصی فراتر رود، بعد از حذف فشار داخلی تنش تماسی پسماند در سطح تماس لوله ها باقی می ماند و موجب پیوند فلزی لوله ها می گردد.

در تمام مواد اتم های سطح آزاد، محیط پیوند متفاوتی نسبت به اتم های درون جسم دارند. در نتیجه، انرژی اتم های سطح با انرژی اتم های درون جسم متفاوت است. بنابراین، انتظار می رود که این اتم ها، خواص الاستیک متفاوتی نیز داشته باشند. این امر در مقیاس ماکرو مورد چشم پوشی قرار می گیرد، اما زمانی که نسبت سطح به حجم در سیستم چشم گیر باشد، تفاوت میان خواص الاستیک اتم های سطح و بالک اهمیت پیدا می کند. در واقع، زمانی که طول مشخصه یک سازه در مقیاس نانو باشد، دیگر نمی توان از اثر سطح چشم پوشی کرد. بنابراین پاسخ مکانیکی سازه در مقیاس نانو وابسته به اندازه خواهد بود. به همین دلیل، مواد نانویی خواص جالب و منحصر به فردی را از خود نشان می دهند. مثلاً، یک ماتریس حاوی نانوحفره، مدول بالک بالاتری نسبت به جامد بدون حفره دارد. این ماده گزینه خوبی برای استفاده در ساخت سازه های سبک وزن جدید است. ابتدا لازم است رفتار مکانیکی این ماده به خوبی شناسایی شود. در این کار از یک مدل دوفازی برای محاسبه مدول بالک موثر در یک ماتریس حاوی نانوحفره، استفاده شده است. در نخستین گام، این مدل برای محاسبه مدول بالک موثر در نانوذرات کروی به کار رفته و سپس همین رویکرد برای محاسبه مدول موثر ماتریس حاوی نانوحفره استفاده شده است. در این مدل، ماده مانند یک کامپوزیت شامل دو فاز بالک و سطح، با خواص الاستیک متفاوت در نظر گرفته می شود. سپس، مدول بالک موثر ماده با استفاده از معادلات کلاسیک الاستیسیته برای ماده بالک، کوپل شده با معادلات حاکم بر لایه سطحی، محاسبه می شود. یک رابطه تحلیلی برای محاسبه مدول بالک و برشی برای لایه سطحی، در نانو ذرات کروی مس و ماتریس آلومینیومی حاوی نانوحفره های کروی، برحسب خواص تجربی سطح برای مس و آلومینیوم، پیشنهاد شده است. نتایج نشان می دهند که مدول بالک و مدول برشی لایه سطحی، همچنین مدول موثر، در هر دو حالت با شعاع نانوذره و نانوحفره رابطه معکوس دارند. به علاوه، لایه سطحی دارای ضخامتی حدود یک تا دو لایه اتمی است. همچنین، در این کار، تغییر تدریجی خواص از سطح به بالک قابل چشم پوشی در نظر گرفته شده و فرض شده است که لایه سطحی همگن و ایزوتروپیک است.

روش معمول و سنتی برای حذف تنش های پسماند ، عملیات حرارتی است که دارای معایبی نظیر ایجاد ترک، ایجاد اعوجاج، تغییر در خواص مکانیکی و متالورژیکی ماده، مصرف انرژی حرارتی و زمان زیاد می باشد. در سال های اخیر، محققان برای کاهش تنش های پسماند، فرایند تنش گیری ارتعاشی را به عنوان یک جایگزین پیشنهاد کرده اند، که بسیاری از عیوب عملیات حرارتی را ندارد. اما،از آن جایی که مکانیزم تنش گیری ارتعاشی به خوبی شناخته شده نیست، همچنین تأثیر پارامترهای این فرایند بر تنش های پسماند به خوبی قابل پیش بینی نیست، این فرآیند در صنعت به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفته است. از اینرو، در این تحقیق تأثیر پارامترهای مختلف فرایند تنش گیری ارتعاشی بر توزیع تنش های پسماند مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور، از نرم افزار المان محدود آباکوس برای شبیه سازی فرایند تنش گیری ارتعاشی استفاده شد. در این شبیه سازی، یک مدل تیر یک سرگیردار آلومینیومی در نرم افزار ایجاد و سپس با اعمال یک نیروی خمشی به نوک تیر، یک میدان تنش پسماند معین به علت تغییر شکل پلاستیک غیریکنواخت موضعی، در تیر القا گردید. پس از ایجاد تنش های پسماند، تیر مورد نظر با اعمال یک بار تحریک سینوسی به ارتعاش درآورده شد و تأثیر پارامترهای مختلف نظیر فرکانس، دامنه و زمان ارتعاشات بر توزیع تنش های پسماند بررسی گردید. علاوه بر این، تأثیر سطح تنش پسماند اولیه بر میزان اثربخشی این فرایند نیز مورد تحقیق قرار گرفت. بر اساس مطالعات انجام گرفته، می توان گفت که با استفاده از فرایند تنش گیری ارتعاشی، تنش پسماند به میزان قابل توجهی در تیر کاهش می یابد، به شرط اینکه از پارامترهای مناسبی نظیر فرکانس و دامنه ارتعاشی مناسب در این فرایند استفاده گردد. نتایج بدست آمده در ارتباط با تأثیر پارامترهای فرایند تنش گیری ارتعاشی بر تنش های پسماند، مطابقت خوبی با نتایج تجربی و تحلیلی سایر محققان داشت.

یکی از روشهای کنترل رشد ترک ایجاد تنشهای پسماند فشاری در نوک ترک برای جلوگیری از باز شدن آن میباشد. تنشهای پسماند ناشی از جوش چنانچه توزیع تنش مطلوب را ایجاد نمایند، میتوانند مانع از گسترش ترک و حتی در برخی از مواقع باعث بستن ترک گردند. در این پروژه با استفاده از تغییر فاصله خط جوش تا نوک ترک و نحوه قرار دادن آن به صورت طولی و عرضی به بهینه سازی جوش در نمونه ct می پردازیم. در این بررسی با استفاده از نرم افزار اجزای محدود abaqus و بارگذاری مرحله به مرحله شار حرارتی به روش goldak به بررسی رفتار مکانیکی در اطراف نوک ترک و بهینه سازی آن می پردازیم. روش کار به این ترتیب است که با بارگذاری شار حرارتی و استفاده از المان های انتقال حرارت، بارگذاری حرارتی انجام می شود و پیشینه و توزیع دمایی را به دست آوردیم. سپس با استفاده از آن به عنوان بار دمایی به محاسبه تنش پسماند در یک آنالیز مکانیکی الاستیک - پلاستیک می پردازیم. بعد از به دست آوردن توزیع تنش در اطراف نوک ترک قطعه را بارگذاری می کنیم و به بررسی تاثیر تنش پسماند ناشی از جوش بر باز شدن نوک ترک میپردازیم. در گام آخر نمونه های ct جوش داده شده توسط دستگاه تست کشش مورد آزمایش قرار داده و نتایج حاصله را با نمونه حل عددی مقایسه می نماییم.

اتصالات پیچی و پرچی کاربرد انبوهی در ساخت سازه های هوافضایی دارند. سوراخ این نوع اتصالات سبب ایجاد تمرکز تنش در اطراف سوراخ می شود. پیامد این تمرکز تنش افزایش حساسیت ماده به ترک خوردگی و رشد آن می باشد که در نهایت سبب کاهش عمر خستگی اعضای مکانیکی می شود. انبساط سرد فرایندی است که با ایجاد میدان تنش پسماند فشاری در اطراف سوراخ، تمرکز تنش را خنثی کرده و در نتیجه عمر خستگی را افزایش می دهد. برای اعمال این فرایند یک ماندرل از سوراخ عبور داده می شود، بطوری که با ورود ماندرل ناحیه نزدیک لبه سوراخ تغییر شکل پلاستیک می دهد و با خروج ماندرل این ناحیه توسط نواحی الاستیک دور از لبه سوراخ فشرده و در نهایت تنش پسماند فشاری ایجاد می شود. در این پژوهش نخست به بررسی روابط توزیع تنش فرایند انبساط سرد پرداخته شده و در ادامه با نتایج نرم افزار المان محدود abaqus مقایسه شده است. با توجه به پیچیدگی روابط، حل صریحی برای توزیع تنش پسماند وجود نداشته و این مشکل به کمک کد نوشته شده در نرم افزار matlab رفع گردیده است. این فرایند بصورت آزمایشگاهی بر روی آلیاژ al7075-t6 که کاربرد فراوانی در صنعت هوافضا دارد، صورت گرفته و نتایج حاصل از این تست با نتایج نرم افزار المان محدود abaqus مقایسه شده است. از آنجایی که میدان تنش پسماند در صفحه ورودی ماندرل ضعیف است و ناحیه مساعدی برای رشد ترک تحت بارهای دینامیکی می باشد، با بکارگیری مدل المان محدود به بررسی اثر پارامترهای هندسی ماندرل پرداخته و نتایج نشان می دهد که تاثیر بسزایی بر روی این میدان تنش پسماند دارند. همچنین اثرات مثبت تکنیک انبساط سرد دو طرفه بر روی میدان تنش پسماند محیطی صفحه ورودی به عنوان یک ناحیه آسیب پذیر مطالعه و این بررسی نشان می دهد که این تکنیک به هر دو صورت کمی و کیفی سبب بهبود میدان تنش پسماند این ناحیه می شود. در ادامه تاثیر پارامتر فاصله لبه سوراخ بر روی میدان تنش پسماند حاصله و برآمدگی لبه آزاد ورق، مطالعه شده است. در انتها به بررسی ترکیب دو فرایند انبساط سرد و شرینک فیت پرداخته شده است.

تغییر شکل پلاستیک در مقیاس ماکروسکوپی، نیازمند ایجاد لغزش در سامانه های لغزشی فعال در مقیاس میکروسکوپی است و سامانه های لغزشی تابع ساختار مولکولی ماده اند. پس می توان برای بررسی پلاستیسیته ماده، یک تک کریستال از ماده را مورد بررسی قرار داد و نتایج را به کل ماده تعمیم داد. در این پایان نامه پس از بیان تئوری فعال شدن سامانه های لغزشی تک کریستال ها، به ارائه کدی در نرم افزار، متلب برای تعیین قابلیت تک کریستال های مکعبی تحت بارگذاری عمومی می-پردازیم و با مقایسه نتایج حاصل از آن با حل تئوری و اطمینان از صحت نتایج حاصله، از این کد به عنوان مرجعی برای صحت سنجی نتایج حاصل از حل اجزاء محدود استفاده خواهیم کرد. در ادامه به فرمول بندی الاستیک پلاستیک کریستال ها برای حل اجزاء محدود و مراحل به هنگام نمودن متغیرهای حالت وابسته خواهیم پرداخت. این فرمول بندی در برنامه اجزاء محدود آباکوس، در قالب کد umat، پیاده سازی و با استفاده از روش سلول واحد، برای یک مولتی کریستال مورد استفاده قرار گرفته است. پس از اطمینان از صحت نتایج، با مقایسه نتایج حاصل از حل آباکوس و کد متلب، می توان از این کد برای پیش بینی رفتار پلاستیک تود ه ای از کریستال های مکعبی در مقیاس میکرو سود جست.

انبساط سرد به علت ایجاد تنش پسماند در سازه باعث بهبود عمر خستگی می شود. اما به علت بارگذاری متناوب تنش پسماند القا شده خنثی خواهد شد. در ابتدا فرایند کشش سرد با استفاده از کد اجزا محدود شبیه سازی و تنش پسماند در قطعه محاسبه می شود. قطعه به صورت صفحه ای سوراخ دار مدل سازی شده که با فرو رفتن سنبه با قطر بزگتر کشش سرد انجام می شود. سپس با اعمال بارگذاری مناسب در قطعه میدان تنشی مشابه تنش پسماند محاسبه شده، ایجاد خواهد شد. این بارگذاری می تواند به صورت فشار بر سوراخ و ترک در نظر گرفته شود. در کد نوشته شده در abaqus script هر مرحله دو نوع بار گذاری بر قطعه اعمال می شود: 1)بار کششی حداکثر بر لبه های صفحه برای محاسبه ضریب تمرکز تنش حداکثر ) (kmax 2) بارگذاری فشاری بر سوراخ و ترک (معادل تنش پسماند) برای محاسبه ضریب تمرکز تنش پسماند (kres). با استفاده از اصل جمع آثار، ضریب تمرکز تنش موثر و در نهایت میزان رشد ترک بر اساس مکانیک شکست الاستیک خطی محاسبه و در مرحله بعد طول ترک اصلاح شده در نظر گرفته می شود. پس از انجام یک مرحله، میزان کاهش بار فشاری که معادل آزاد شدن تنش پسماند می باشد بر اساس پیش بینی وتزل، جیانگ یا داده های تجربی محاسبه و در مرحله بعد تنش پسماند اصلاح شده اعمال خواهد شد. با تکرار این دو مرحله در هر بار گذاری نرخ رشد ترک محاسبه می شود. این فرایند برای حالت های مختلف آزاد شدن تنش پسماند (تابع پارامتر هایی چون نسبت بار حداکثر به حداقل, تعداد بارگذاری, میزان تنش اعمالی،...)، نسبت بار حداکثر به حداقل (r) مختلف، بار حداکثر متفاوت محاسبه شده و بهبود آن را نسبت به حالتی که خنثی شدن تنش پسماند در نظر گرفته نشود، مقایسه خواهیم کرد.

استفاده از مواد کامپوزیتی در صنایع مختلف از جمله صنایع هوایی به دلیل مقاومت زیاد، وزن کم و سهولت انجام کار در دو دهه اخیر بسیار گسترش یافته است. از این رو افزایش استفاده از سازه های کامپوزیتی موجب رشد و توسعه انواع روش های تعمیر و ترمیم این سازه ها شده است. استفاده از وصله های کامپوزیتی برای ترمیم چسبی سازه های آسیب دیده یکی از رایج ترین روش های تعمیر است. استفاده از چسب برای ترمیم سازه های آسیب دیده نسبت به دیگر اتصال دهنده ها مانند پیچ، پرچ و جوش مزایای بسیاری همچون سبکی و عدم ایجاد تنش های پسماند مخرب را دارد. رایج ترین روش های ترمیم چسبی که در سازه های کامپوزیتی استفاده می شود ترمیم با وصله خارجی و ترمیم مخروطی می باشد. روش ترمیم مخروطی به مراتب پیچیده تر از روش ترمیم با وصله خارجی است، اما در این روش با افزایش سطح تماس بین وصله و چندلایه کامپوزیتی و در نتیجه ایجاد تنش یکنواخت تر، میتوان به اتصالی با استحکام بیشتری دست یافت. در این پژوهش، تحلیل اجزاء محدود بر روی اتصال ترمیم چسبی مخروطی انجام شده است. هدف از انجام تحلیل به دست آوردن یک ساز و کار از کارافتادگی برای ترمیم چسبی مخروطی می باشد.در تحقیق حاضر، چگونگی شروع و گسترش از کارافتادگی در چسب و چند لایه کامپوزیتی بررسی شده است. همچنین تلاش شده است تا اثر پارامترهای مختلف همچون زاویه مخروطی، انواع چینش لایه های کامپوزیتی و ضخامت چسب بر روی استحکام عضو ترمیم شده بررسی شود.

در سالهای اخیر کاربرد مواد مرکب در صنایع مختلف از جمله هوا فضا و خودرو افزایش یافته است. باتوجه به عدم وجود تقویت - کننده در جهت عمود بر لایهه ا یعنی در راستای ضخامت ورق، سازههایی که از مواد مرکب لایهای ساخته میشوند در معرض خطر جدایش میان لایه ای که به نام پدیده تورق شناخته می شود، قرار دارند. منشاء این نور خرابی در حقیقت شرور و انتشار تر های بین لایه ای در فصل مشتر دولایه میباشد، که شکست بین سطحی را پدید میآورد. در این تحقیق، پدیده تورق در ورق های مرکب لایهای تحت بارگذاری خمشی بررسی شده است. برای این منظور جزء کوچکی از ریشه پرره توربین بادی به صورت یک ورق لایه ای با ساختار نامتجانس، شبیه سازی و مورد تحلیل قرار گرفته است. روش تحلیل شامل دو رویکرد موازی سنجش های آزمایشگاهی و شبیه سازی های رایانه ای بوده است. در حوزه آزمون های تجربی، نمونه های مختلف تحت آزمایش های کشش یک محوره، استحکام کششی چسب، استحکام برشی چسب و اقسام آزمون های خمشی سره نقطره قررار - داده شده و نمودارهای نیرو تغییر مکان در نقطه اثر نیرو ثبت شده است. از طرف دیگر هندسه ورق مرکب به صورت مجازی شبیه سازی و - تحلیل تنش انجام شده است. نتایج سنجش تجربی استحکام و تحلیل رایانه ای تنش برای پیش بینی پدیده تورق مورد استفاده قرار گرفتره است. نتایج بیانگر آنست که، مقدار بار بحرانی برای شرور لایهلایهشدگی و ایجاد خسارت، به درستی و با دقت قابل قبولی از شربیه سرازی قابل حصول است. پس از حصول اطمینان از کارایی روش، این رویکرد تحلیلی تجربی برای بهینهسازی ساختار ورق مرکب با هدف ایجاد بیشترین مقاومت در - مقابل تورق به کار گرفته و ساختار بهینه ورق معرفی شده است.

در فرآیندهای تولید قطعات صنعتی، تنش های پسماند ایجاد شده بر ویژگی قطعه از جمله طول عمر و قابلیت اطمینان و ... تاثیر بسزایی دارند یکی از عوامل ایجاد تنش های پسماند، پدیده ی ضربه است. فرآیند ساچمه زنی بطور گسترده برای ایجاد تنش های پسماند فشاری سطحی و در نتیجه افزایش دوام خستگی بکار می رود. از این روش در پرداخت سطح قطعات خودرو شامل فنرها، چهارشاخ ها، چرخ دنده ی کربنیزه شده و ... استفاده می گردد. در صنایع فضایی نیز می توان برای پرداخت سطوح دیسک های کمپرسور و تیغه های متصل به آن و اسپیندل های روتور اصلی استفاده نمود. در این تحقیق به روش عددی الاستوپلاستیک به منظور بررسی تاثیر پارامترهای فرآیند بر روی توسعه ی تنش های پسماند زیرسطحی ارائه شده است.

بارحدی مخازن که همان ظرفیت آن ها در تحمل بارهای مختلف فشاری، کششی، خمشی و یا ترکیبی از آنها می باشد، نقش تعیین کنندهای در ارزیابی کارایی مخازن دارد. تأثیر این عامل در مخازن ترک دار بسیار برجسته تر می باشد. از سال 1982 تا سال 2014، بررسی بارحدی مخازن و لوله های جداره ضخیم همواره یکی از موضوعات مورد علاقه محققان بوده است. یکی از روش های ساخت این مخازن، استفاده از فرایند جوشکاری است که این فرایند در اکثر موارد مخرب است، زیرا میدان های ترکیبی تنش پسماند، در سازه ایجاد می نماید. بدین منظور نیاز به بررسی و در نظر گرفتن دو عامل ترک و تنش پسماند، در ملاحظات طراحی و ارزیابی یکپارچگی ساختاری سازه های مکانیکی، احساس میشود.