18445

۱۸۴۴۵

بررسي فيزيكي تنش هاي پسماند در قطعات فلزي

كارشناسي ارشد

حالت جامد

آذر ماه ۱۳۹۶

دكتر مهدي افشار - دكتر ايرج ستاري فر

فيزيك

براي فهميدن رفتار مواد، تطبيق اصول فيزيك كلاسيكي و كوانتومي در تشريح شبيه سازي هاي مكانيك كوانتومي و ديناميك مولكولي از اهميت زيادي برخوردار است. تنش مفهوم مهمي در توصيف رفتار مكانيكي ساختار حالت جامد مي باشد. تنش¬هاي پسماند آن دسته از تنش هايي هستند كه در جسم پس از برداشتن عامل نيروي خارجي (عمدتا در حين ساخت قطعات صنعتي) همچنان در جسم باقي مي مانند. اينگونه تنش ها مي¬توانند كاركرد قطعه (سازه) را بشدت متاثر كرده و بعضا منجر به از كار افتادگي زود هنگام قطعه شوند. تنش هاي مكانيكي با دو رويكرد كلاسيكي و كوانتومي بدست مي آيند. در رويكرد كلاسيكي، تنش در سيستم هايي با ابعاد ماكروسكوپي از مكانيك پيوسته و ديناميك مولكولي بدست مي آيد. در رويكرد كوانتومي، تنش در سيستمي از ذرات شامل الكترون ها و هسته ها محاسبه مي گردد. هدف از انجام اين پروژه بررسي امكان توسعه يك روش غير مخرب جهت اندازه گيري تنش هاي پسماند در عمق قطعات صنعتي مي باشد. در اين ارتباط اختلالات فيزيكي در مقياس اتمي كه در ارتباط با بروز تنش پسماند در جسم بوجود مي آيد، مورد بررسي قرار گرفته تا يك پارامتر فيزيكي كه بطور قابل محسوسي متاثر از تنش پسماند مي شود شناسائي شود. از نظريه تابعي چگالي (DFT) جهت اين منظور استفاده شده است. با استفاده از كد محاسباتي سيستا نمونه هايي از نانوساختارهاي آلومينيوم با ابعاد مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است. اين نمونه ها تحت كرنش با مقادير متفاوت قرار گرفته و تاثير كرنش بر چندين پارامتر فيزيكي ازجمله انرژي كرنشي مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنين نمونه هايي از آلياژ آلومينيوم تهيه شده و از طريق بارگذاري مكانيكي، در آنها تنش پسماند ايجاد و اندازه گيري شده است. در اين ارتباط، با مطالعه منابع علمي، قابليت امواج ليزر جهت اندازه گيري اختلال ناشي از تنش پسماند در عمق جسم مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج پژوهش مويد آن است كه مي توان از انرژي كرنشي به عنوان يك پارامتر حساس به تنش هاي پسماند استفاده نمود. كرنش اعمالي به جسم منجر به تغييرات در انرژي كرنشي و فاصله هاي اتمي مي شود. با اندازه گيري فاصله اتمي در مناطق متاثر از تنش پسماند مي توان توزيع و بزرگي تنش هاي پسماند را بدست آورد. واژه‌هاي كليدي: تنش هاي پسماند، نظريه تابعي چگالي (DFT)، نانوساختارهاي آلومينيم، انرژي كرنشي.

1396/11/18

2/7/2018 12:00:00 AM

Understanding of the principles of classical and quantum physics is very important in studying the behavior of materials. Stress is an important concept in describing the mechanical behavior of solid-state structures. Residual stresses are those stresses that remain in the body after removal of the external forces during manufacturing of industrial components. Such stresses can effectively affect the function of the component, and sometimes they can lead to early failure of the component. Mechanical stresses can be analysied using two the classical or quantum approach. In the classical approach, stresses are achieved in a systems with macroscopic dimensions of continuous mechanics and molecular dynamics. In the quantum approach, stresses in a system of particles, including electrons and nuclei, are calculated. The main purpose of this project is to investigate the possibility of developing a non-destructive method for measuring residual stresses in the depths of industrial components. In this regard, physical disturbances on an atomic scale due to the occurrence of stresses in the body are investigated in order to identify a physical parameter to be affected by residual stresses. The Density Function Theory (DFT) is used for this purpose. Models of different sizes of aluminum nanostructures are studied using the computational code of SIESTA. These models are strained of varying degrees, and strain effects on several physical parameters, including strain energy, are studied. In addition, samples of aluminum alloy are prepared and loaded up to the plastic yielding. The mechanical properties and residual stresses are experimentally measured in these samples. Finally, by conducting a literature survay, the ability of laser waves to detect and measure the disturbances caused by residual stresses in the deep bodies is investigated. The results of the research indicate that the strain energy can be used as a sensitive parameter to the applied strains, and therefore on the residual stresses. The strains applying to an object lead to changes in the strain energy and atomic distances. By measuring the disturbances in the atomic distances of the body, the related residual stresses can be measured. Keywords: Residual stresses, Density Functional Theory (DFT), Aluminium, and Strain energy.