• شماره ركورد
    31884
  • پديد آورنده

    سيداميرسجاد خدامي

  • عنوان
    مطالعه‌ي‌ تجربي ـ عددي آسيب ناشي از فرسايش ذرات جامد بر روي آلياژ تيتانيومي خورده‌شده
  • مقطع تحصيلي
    دكتري
  • رشته تحصيلي
    مهندسي مكانيك - طراحي كاربردي
  • سال تحصيل
    1398
  • تاريخ دفاع
    1403/07/30
  • استاد راهنما
    بيژن محمدي
  • استاد مشاور
    --
  • دانشكده
    مهندسي مكانيك
  • چكيده
    فرسايش ذرات جامد به عنوان يكي از عوامل آسيب‌زاي پيچيده در صنايع مختلف از جمله نيروگاهي، هوافضايي، پتروشيمي و نفت‌وگاز شناخته مي‌شود. وجود خوردگي كه اغلب اوقات در كنار فرسايش روي مي‌دهد، بر پيچيدگي‌هاي اين پديده مي‌افزايد. اين رساله به مطالعه‌ي تجربي و عددي فرسايش ذرات جامد در آلياژ Ti-6Al-4V تحت برخورد ذرات آلوميناي گوشه‌دار با قطر نامي 145 ميكرون و با در نظر گرفتن اثر خوردگي ناشي از اسيد HCL با غلظت 37% پرداخته است. در گام اول، با بررسي اثر تعداد ذرات فرساينده بر نرخ فرسايش آلياژ، يك حد آستانه‌اي معرفي شد كه در آن نرخ فرسايش از تعداد ذرات اصابت‌كننده به سطح مستقل باشد. سپس از طريق تصويربرداري ميكروسكوپي از ذرات فرساينده و پردازش تصاوير، توزيع آماري مشخصات هندسي ذرات به دست آمد تا در بازتوليد رايانه‌اي هندسه‌ي ذرات مورد استفاده قرار گيرد. بر اين اساس تعداد 1521 ذره‌ي گوشه‌دار با در نظر گرفتن هندسه‌ي واقعي آن‌ها شبيه‌سازي شد. دو تكنيك المان محدود (FE) و هيدروديناميك ذرات هموار (SPH) به كار گرفته شد تا دقت آن‌ها در مطالعه‌ي اثر زاويه‌ي برخورد و سرعت ذرات فرساينده بر نرخ فرسايش مورد ارزيابي قرار گيرد. شبيه‌سازي فرسايش به‌صورت يك مسئله‌ي برخورد در مقياس ميكرو مفروض گرديد و در آن از 5 مدل ساختاري ماده استفاده شد تا در مقايسه با نتايج تجربي، دقيق‌ترين مدل استخراج گردد. مطابق نتايج، مدل ساختاري زريلي - آرمسترانگ/ جانسون - كوك (ZA-JC) به عنوان مدل برگزيده به كار گرفته شد تا از طريق توسعه‌ي آن بتوان مطالعه‌ي عددي فرسايش را دنبال نمود. نتايج نشان داد كه در دو زاويه‌ي برخوردي 35 و 90 درجه و سه سطح سرعت بين 35 تا 165 متر بر ثانيه، FE عملكرد بهتري در پيش‌بيني فرسايش در سرعت‌هاي پايين دارد؛ درحالي‌كه SPH از نرخ فرسايش در سرعت ذرات بالاتر، تخمين مناسب‌تري ارائه مي‌نمايد. مطابق نتايج، در سرعت ذرات پايين‌تر، آلياژ خورده‌شده به دليل تشكيل يك لايه‌ي محافظ اكسيدي، اثر ضدتزايدي در فرسايش - خوردگي نسبت به مجموع فرسايش و خوردگي خالص نشان داد. با اين حال در اغلب موارد، خوردگي منجر به سست شدن ساختار ماده و حذف بيشتر ماده از سطح آن بر اثر فرسايش گرديد. ارتباط بين نرخ فرسايش و سرعت ذرات فرساينده يك ارتباط تواني بود كه مقدار آن در حدود 5/2 به ثبت رسيد. آلياژ خورده‌شده نيز اين ارتباط تواني را از خود نشان داد؛ با اين توضيح كه افزايش زمان خوردگي منجر به افزايش مقدار توان فرسايش تا حدود 3 گرديد. نتايج مطالعه‌ي عددي براي ماده‌ي خورده‌شده نشان داد كه روش ارائه‌شده در اين رساله براي خوردگي در زمان پايين قابل اعتماد است و در زمان‌هاي بالاتر از 1 ساعت از دقت آن كاسته مي‌شود.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1403/10/24
  • عنوان به انگليسي
    Experimental – Numerical Study of Solid Particle Erosion Damage on Corroded Titanium Alloy
  • تاريخ بهره برداري
    1/1/1900 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    سيداميرسجاد خدامي

  • چكيده به لاتين
    Solid Particle Erosion (SPE) is recognized as one of the complex damage mechanisms in various industries including power generation, aerospace, petrochemicals, and oil and gas. The presence of corrosion, which often accompanies erosion, adds to the complexities of this phenomenon. This thesis focuses on the experimental and numerical study of solid particle erosion in Ti-6Al-4V alloy under impingement of cornered alumina particles with a nominal diameter of 145 microns, considering the corrosive effect of 37% HCL acid. Initially, by investigating the effect of erodent particle amount on the erosion rate of the alloy, a threshold limit was introduced where the erosion rate becomes independent of the impacting particle number. Subsequently, through microscopic imaging and image processing of erodent particles, statistical distribution of particle geometric characteristics was obtained for computational geometry reconstruction. Based on this data, 1521 angular particles were simulated considering their actual geometries. Finite Element (FE) and Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) techniques were employed to eva‎luate their accuracy in studying the effect of impact angle and particle velocity on the erosion rate. The erosion simulation was assumed as a micro-scale impact problem utilizing five material constitutive models to extract the most accurate model compared to experimental results. According to findings, Zerilli-Armstrong/Johnson-Cook (ZA-JC) constitutive model was selected as the preferred model for further numerical erosion studies development. Results indicated that at impact angles of 35 and 90 degrees and three velocity ranges from 35 to 165 m/s, FE performed better in predicting erosion rate at lower velocities; while SPH provided a more suitable estimation at higher particle velocities. In lower particle velocities, due to forming a protective oxide layer, corroded alloy exhibited an antagonistic effect in the material removal due to erosion-corrosion compared to the total material removal due to pure corrosion and pure erosion. nevertheless, corrosion often resulted in material structure weakening and further material removal from its surface due to erosion. Based on results, there existed a power-law relationship between erosion rate and erodent particle velocity with an approximate power value around 2.5. Corroded alloy also demonstrated this power-law relationship; moreover, increasing corrosion time led to an increase in power-law erosion value up to approximately 3. Numerical study results for corroded material showed that the proposed method in this thesis is reliable for low-time corrosion and loses accuracy for times exceeding 1 hour.
  • كليدواژه هاي فارسي
    فرسايش ذرات جامد , ذرات گوشه‌دار با هندسه‌ي واقعي , آلياژ خورده‌شده , مطالعه‌ي تجربي - عددي , تيتانيوم رده‌ي 5
  • كليدواژه هاي لاتين
    Solid particle erosion , Angular particles considering actual geometries , Corroded alloy , Experimental – numerical study , Titanium Grade 5
  • Author
    Seyed AmirSajjad Khoddami
  • SuperVisor
    Bijan Mohammadi