بررسی اثر میدان های مختلف تنش های پسماند بر رفتار خستگی خوردگی

نوع: Type: رساله

مقطع: Segment: دکتری

عنوان: Title: بررسی اثر میدان های مختلف تنش های پسماند بر رفتار خستگی خوردگی

ارائه دهنده: Provider: آوا خواجه ئیان - مهندسی مکانیک

اساتید راهنما: Supervisors: دکتر امیرحسین محمودی

اساتید مشاور: Advisory Professors: دکتر رحمن سیفی

اساتید ممتحن یا داور: Examining professors or referees: دکتر غلامحسین مجذوبی، دکتر غلامحسین فرهی، دکتر محمد چمنی

زمان و تاریخ ارائه: Time and date of presentation: ۱۴۰۲/۱۱/۱۷ - ۱۰:۳۰

مکان ارائه: Place of presentation: سالن کنفرانس

چکیده: Abstract: خستگی خوردگی به‌عنوان یکی از مکانیزم های اصلی واماندگی قطعات تحت بار خستگی در محیط های خورنده شناخته می شود. به‌همین دلیل، شناخت مناسب فرآیند خستگی خوردگی و لحاظ نمودن اثرات آن در هنگام طراحی سازه های به‌کار برده شده در شرایط مذکور از اهمیت بسیار بالایی بر خوردار است. پیچیدگی انجام آزمایش های تجربی خستگی خوردگی در مقایسه با آزمایش های خستگی و در عین حال، دشواری مطالعه این فرآیند با روش‌های عددی موجود، سبب محدود شدن پژوهش‌های انجام شده در این زمینه شده است. تنش های پسماند که طی فرآیندهای تولید یا به‌صورت عمدی در قطعات ایجاد می گردند، از جمله عواملی هستند که با اثر گذاری بر روی هر دو بخش خستگی و خوردگی از فرآیند های خستگی خوردگی، دارای اثرات قابل توجهی بر این فرآیند می باشند و در عین حال، سبب ایجاد چالش‌های بیشتری در مطالعه فرآیند خستگی خوردگی می‌گردند. در رساله حاضر، که دارای دو بخش تجربی و عددی می باشد، تلاش شده است تا بخشی از کاستی های موجود در مطالعات پیشین خستگی خوردگی پوشش داده شود. در بخش تجربی رساله، ابتدا، عملکرد دو روش تسریع کننده آزمایش های خستگی خوردگی (استفاده از نمونه های از پیش خورده شده و دارای حفره مصنوعی) برای قطعات بدون تنش‌های پسماند بررسی و سپس برای نخستین بار، به استفاده از قطعات دارای حفره مصنوعی در آزمایش های خستگی خوردگی نمونه های دارای تنش های پسماند کششی و فشاری پرداخته شد. همچنین، مطالعات میکروسکوپی و تجربی جانبی متعددی (نظیر آزمایش‌های الکتروشیمیایی خوردگی و . . . ) نیز برای بررسی بخش های دیگری از رفتار خستگی خوردگی ماده در حضور تنش های پسماند انجام گرفت. در بخش عددی رساله، با استفاده از روش اجزاء محدود و یک مدل الاستیک- پلاستیک بر پایه مکانیک آسیب، به پیش بینی عمر خستگی و خستگی خوردگی در حالت های با و بدون حضور تنش های پسماند پرداخته شد. علاوه بر این‌که مطالعه عددی فرآیند خستگی خوردگی در حضور تنش های پسماند، برای نخستین بار در این رساله انجام شده است، نقطه قوت اصلی روش عددی مورد استفاده، سادگی آن و نیاز به حداقل تعداد داده های ورودی می باشد که در آن، تنها از داده های آزمایش خستگی در حالت بدون تنش های پسماند و مطالعات میکروسکوپی بسیار مختصر استفاده شده است. اغلب شبیه‌سازی‌های انجام شده برای پیش‌بینی عمر خستگی خوردگی با استفاده از مدل‌های دارای حفره کروی انجام شدند. اما در بخشی از مطالعات عددی، به‌منظور بررسی اثر هندسه واقعی‌تر حفره خوردگی بر پیش‌بینی عمر خستگی خوردگی، از حفره‌های دارای هندسه تصادفی نیز استفاده شده است. بدین منظور، برای ایجاد هندسه تصادفی حفره‌ها، از یک مدل اتوماتای سلولی استفاده شد. لازم به ذکر است که در رساله حاضر، تنش های پسماند کششی و فشاری به ترتیب، توسط عملیات سنگ زنی و ساچمه زنی در قطعات ایجاد شدند. نتایج به دست آمده از مطالعات تجربی رساله نشان داد که آزمایش های خستگی خوردگی تسریع شده مورد بررسی، دارای دقت مناسبی هستند. به علاوه، نمونه های دارای حفره مصنوعی می توانند در حالت های بدون حضور تنش‌های پسماند و دارای تنش های پسماند کششی با سطوح تنش مورد مطالعه در رساله حاضر، به‌عنوان جایگزین مناسبی از نمونه های از پیش خورده شده به‌صورت طبیعی مورد استفاده قرار گیرند. استفاده از این نمونه ها با اندازه حفره یکسان با حالت بدون تنش، با وجود کمی خطا، در حضور تنش های فشاری نیز قابل قبول است. در رساله حاضر، انجام عملیات ساچمه‌زنی و سنگ‌زنی، به ترتیب سبب بهبود و کاهش عمر خستگی و خستگی خوردگی نمونه‌ها، به‌ویژه در ناحیه پرچرخه گردید. مقدار بیشینه بهبود عمر خستگی خوردگی نمونه‌ها با عملیات ساچمه‌زنی در حدود ۷۲ درصد و بیشینه کاهش عمر خستگی خوردگی با عملیات سنگ‌زنی در حدود ۲۰ درصد بوده است. همچنین، با توجه به بررسی سختی و ریز ساختار نمونه‌ها، نتایج حاصل از آزمایش های خستگی و خستگی خوردگی انجام شده در این رساله در حالت های با و بدون تنش های پسماند، متأثر از ریز ساختار و سختی نمی باشند. نتایج عددی نیز در هر دو حالت با و بدون تنش های پسماند، از انطباق مناسبی با نتایج تجربی برخوردار بوده اند که نشان می دهد روش عددی می تواند تا حد زیادی، ضرورت انجام آزمایش های زمان بر خستگی خوردگی را از میان بردارد. با مقایسه نتایج به‌دست آمده از مدل‌های عددی دارای هندسه تصادفی و کروی برای حفره خوردگی، نشان داده شد که استفاده از هندسه‌های ساده کروی برای پیش‌بینی عمر خستگی خوردگی با روش‌های عددی دارای دقت قابل قبولی بوده و لزوماً نیازی به استفاده از هندسه‌های پیچیده نمی‌باشد.

فایل: ّFile: