31735

بررسي عددي تأثير شكاف بر رفتار خزشي فولاد

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك- طراحي جامدات

1399

1402/6/28

هادي خرمي شاد

/

مهندسي مكانيك

در صنعت، به دليل ناپيوستگي هاي هندسي در اجزايي كه تحت دماهاي بالا كار مي كنند، پديده ي خزش تحت حالت تنش سه محوره رخ مي دهد. حالت هاي مختلف سه محورگي تنش سبب ايجاد عمر گسيختگي، توزيع تنش-كرنش، شروع ترك و شكل‌پذيري خزشي (درصد كاهش سطح مقطع در زمان گسيختگي) متفاوت مي شوند. براي مشاهده ي دقيق رفتارهاي خزشي تحت اين شرايط، آزمايشات تجربي و تحليل هاي عددي به كار مي روند و نمونه هاي شكاف دار به طور گسترده اي براي اين منظور استفاده شده اند. اگرچه آزمايشات تجربي مي توانند رفتار و عمر خزشي مواد را به طور دقيق مشخص كنند، اما پر هزينه و زمان بر هستند. در نتيجه، بهره جوئي از مدل هاي كارآمدي كه مي توانند رفتارهاي خزش و آسيب مواد را در تحليل هاي عددي پيش بيني كنند، اهميت بيشتري پيدا مي‌كند. در اين تحقيق عملكرد مدل خزشي ليو - موراكامي كه بر پايه ي تئوري مكانيك آسيب پيوسته تعريف شده است، جهت پيش بيني رفتار خزشي فولاد 9% كروم-1% موليبدن، تحت سه محورگي هاي مختلف بررسي شده و با عملكرد مدل مشهور كاچانوف - رابوتنوف مقايسه شده است. براي ايجاد سه محورگي هاي مختلف نمونه هاي استوانه اي دو شكافه از نوع شكاف U شكل با ابعاد متفاوت مورد استفاده قرار گرفته اند. شكست در نمونه هاي شكاف دار با روش حذف المان در نرم افزار اجزاء محدود مدلسازي شده و زمان هاي شكست، نقاط شروع آسيب و شكل پذيري خزشي با نتايج تجربي ساير محققين مقايسه شده است. نتايج نشان داد مدل ليو - موراكامي در سه محورگي هاي پايين در زمينه ي پيش بيني نقطه ي شروع ترك و زمان شكست عملكرد بهتري نسبت به سه محورگي هاي بالا دارد. اين مدل در مورد شكل پذيري خزشي در تمام سه محورگي ها دقت نسبتا خوبي داشته اما با افزايش سه محورگي دقت آن افزايش يافته است.

1403/10/02

Numerical Study of the Effect of Notch on the Creep Behavior of Steel

9/18/2024 12:00:00 AM

In industrial applications, geometric discontinuities in components operating at elevated temperatures lead to creep phenomena under triaxial stress conditions. Various triaxial stress states result in different outcomes, such as creep rupture life, stress-strain distribution, initiation of cracks, and creep ductility (cross-sectional area reduction % at the rupture time). Experimental tests and numerical analyses are commonly employed to accurately observe creep behaviors under these conditions, with extensively used notched specimens. While experimental tests can precisely characterize the creep behavior and life of materials, they are often costly and time-consuming. Therefore, the utilization of efficient models capable of predicting creep behaviors and material damage in numerical analyses becomes increasingly important. In this research, the performance of the Liu-Murakami creep model, based on the theory of continuum damage mechanics, is investigated for predicting the creep behavior of 9% chromium-1% molybdenum steel under various triaxial stress conditions and compared with the well-known Kachanov-Rabotnov model. To generate different triaxial stress states, cylindrical specimens with two U-shaped notches of varying dimensions are employed. Fracture in the notched specimens is simulated using the element deletion technique in a finite element software. The fracture times, crack initiation points, and creep ductilities are compared with the experimental results of other researchers. The results indicate that the Liu-Murakami model performs better in predicting crack initiation points and time to fracture for low triaxial stress states compared to high triaxial stress states. The model exhibits relatively good accuracy in predicting creep ductility in all triaxialities, with increased precision as the triaxiality increases.

خزش , سه محورگي , مكانيك آسيب پيوسته , فولاد 9Cr-1Mo

creep , Triaxial Stress , continuum damage mechanics , 9Cr-1Mo Steel

Negar Taghipoor

Dr. Khoramishad