19684

۱۹۶۸۴

تخمين تنش هاي پسماند در فلزات و كامپوزيت ها بر مبناي روش كرنش ويژه

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي - جامدات

۲۸ فروردين ۱۳۹۷

دكتر محمود مهرداد شكريه

مكانيك

روش¬هاي آزمايشگاهي محاسبه تنش¬هاي پسماند همانند شيارزني و سوراخكاري به دليل دقت مناسب، استاندارد بودن فرآيند آزمون و سادگي كاربرد فراوان يافته¬اند. عليرغم قابليت¬هاي ذكر شده در هر دو روش، عدم اطمينان از جواب¬هاي بدست آمده، تاثير فراوان نوسانات غير عادي در پاسخ و خطاي اندازه-گيري بر روي مقادير تنش¬هاي پسماند و عدم اطلاع از حداقل فاصله امن جهت تكرار اين آزمايش¬ها از مشكلات اساسي هنگام استفاده از اين روش¬هاي آزمايشگاهي است. در تحقيق حاضر با استفاده از مفهوم كرنش ويژه روش جديدي به منظور محاسبه تنش¬هاي پسماند ارايه شده است كه سعي در رفع محدوديت¬هاي ذكر شده دارد. در گام اول تحقيق، تكرارپذيري آزمايش شيارزني بر روي فلزات به منظور بدست آوردن عدم اطمينان جواب¬ها بررسي شد. پارامتر جديدي به نام فاصله امن تكرار شيارزني با استفاده از مفهوم كرنش ويژه تعريف شد و با استفاده از شبيه¬سازي¬هاي شيارزني نشان داده شد كه اين پارامتر كمترين فاصله امن ميان آزمايش¬هاي شيارزني را تعيين مي¬كند. توسط انجام آزمايشهايي صحت روش ارايه شده در اين تحقيق مورد بررسي قرار گرفت. ابتدا با نصب چهار كرنش¬سنج روي قطعه آلومينيومي با ميدان تنش پسماند معلوم، آزمايش شيارزني 4 مرتبه تكرار شد و روش بدست آوردن حداقل فاصله امن شيارزني را تاييد كرد. با استفاده از روش ذكر شده حداقل فاصله امن تكرار شيارزني براي مواد غيرهمسانگرد همانند كامپوزيت¬هاي پايه پليمري نيز بدست آمد و با نصب چهار كرنش¬سنج با فاصله¬هايي بزرگتر از پارامتر تعريف شده و تكرار آزمايش شيارزني، كرنش¬هاي الاستيك اندازه¬گيري شده مشابه قطعه آلومينيومي تطابق مطلوبي با يكديگر داشتند. در نهايت تنش¬هاي پسماند از دو روش مرسوم و كرنش ويژه به دست آمدند كه تاثير بسيار زياد نوسانات غير عادي در پاسخ و خطا بر روي جواب¬ها قابل مشاهده بود. روش¬ حداقل مربعات براي توابع پالس براي نخستين بار براي روش مرسوم و كرنش ويژه ارائه شد و نشان داده شد كه اين روش وضوح را كاهش مي¬دهد اما تاثير نوسانات غير عادي در جواب را تا حد زيادي كم مي¬كند. ساير روش¬هاي كاهش اثر نويز مانند عادي¬سازي تيخونوف و كاهش داده¬ها نيز بر روي روش¬هاي مرسوم و كرنش ويژه آزموده شدند و نشان داده شد كه استفاده از روش كرنش ويژه منجر به كاهش محسوس تاثيرات نويز مي¬گردد.

1397/08/30

Estimation of the Residual Stresses in Metals and Composites Based on the Concept of Eigenstrain

11/21/2018 12:00:00 AM

Experimental residual stress measurement methods such as successive hole-drilling or slitting are the most common intralabratory techniques because of the appropriate precision, standard procedure and convenience of the performance. However, despite the mentioned advantages, the uncertainty of the obtained stresses, the severe influence of the error and noise on the final results and lack of knowledge about the minimum safe interval to repeat the tests are some major drawbacks of these methods. In the present research, by utilizing the concept of the eigenstrain, a novel approach was developed to overcome the preceding downsides. In the first step, the repeatability of the slitting experiment was investigated on the metals to obtain the uncertainty of the solution; a new parameter named as the residual stresses relief distance (RSRD) was introduced using the concept of the eigen-strain and the FEM simulations depicted that the parameter determines the minimum safe slitting interval. In the next phase, four strain gages were installed on the aluminum part containing known residual stress field and the slitting experiments were performed which ensured the validity of the computations. By extending the previous method for the orthotropic materials, the minimum safe slitting distance for polymer matrix composites was achieved and by carrying out four slitting tests, the measured elastic strains likewise the aluminum part had good agreement with each other. Eventually, the residual stresses were calculated based on conventional and eigen-strain based approaches where the effect of the noise on the final results was obvious. In order to rectify this problem, the least square method was developed for the pulse functions and it was shown that in spite of its influence on decreasing the resolution, it contributes to the diminishment of the noise effect. Other techniques such as Tikhonov regularization and data reduction were also examined on the both conventional and eigen-strain based methods as well and it was depicted that the eigen-strain based method is capable of diminishing the influence of the noise in the absence of any other noise-reduction method.