عنوان پایان‌نامه
شبیه سازی FEM جهت تعیین عمر خستگی مخازن تحت فشار اتو فرتاژ با در نظر گرفتن گرفتن اثر بشینجر
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک طراحی کاربردی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 1674;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 43479
- تاریخ دفاع
- ۰۶ بهمن ۱۳۸۸
- دانشجو
- مجتبی یزدچی
- استاد راهنما
- عباس راستگوقمصری, کارن ابری نیا
- چکیده
- یکی از روش های افزایش حد تحمل مخازن جدار ضخیم تحت بارگذاری روش اتوفرتاژ است، بدین ترتیب که لایه درونی مخزن در اثر فشار داخلی آن وارد منطقه ی پلاستیک می شود، سپس با بار برداری، لایه درونی تحت فشار قرار می گیرد، و در این حالت اگر ماده مورد استفاده برای ساخت مخزن دارای اثر بشینجر قابل توجهی باشد، تاثیر زیادی بر روی کاهش اثر اتوفرتاژ و عمر خستگی دارد. هدف بدست آوردن عمر خستگی تا شروع رشد ترک در لایه درونی مخزن با توجه به تاثیر اثر بشینجر در فرآیند اتوفرتاژ و همچنین سیکل های کاری پس از آن می باشد. در این پایان نامه پس از بررسی دقیق و تعیین رفتار ماده متاثر از اثر بشینجر بر فرآیند اتوفرتاژ و سیکل های کاری با فشار سیکلی(0الی 5000 بار) پس از فرآیند اتوفرتاژ، جهت تعیین عمر خستگی در مخزنی با نسبت شعاع آنالیز انجام شده است. برای اعمال دقیق تاثیر اثر بشینجر بر فرآیند اتوفرتاژ و سیکل های کاری از آنالیز المان محدود استفاده شده است. در این پایان نامه نشان داده شده که تعیین عمر خستگی بر اساس تنش در مخازن جدار ضخیم با در نظر گرفتن اثر بشینجر در سیکل های کاری با خطا همراه می باشد لذا تعیین عمر خستگی بر اساس کرنش می باشد که از روش دانسیته انرژی کرنشی کلی برای بدست آوردن عمر خستگی استفاده شده است، سپس نتایج بدست آمده با نتایج تجربی استخراج شده از استانداردASME مقایسه گردیده است. در نهایت راهکار جدیدی برای افزایش عمر مخازن جدار ضخیم تحت فشار بالا ارائه شده که از یک پوشش از جنس خود مخزن یا فولاد های نرم تر در جدار درونی مخزن استفاده شده است. این پوشش موجب کاهش تنش در لایه درونی مخزن اصلی می شود و از پلاستیک شدن لایه درونی جلوگیری می کند که تاثیر بسزایی در بهبود عمر خستگی دارد.
- Abstract
- The autofrettage technique is commonly used to produce compressive tangential residual stresses near the bore of high pressure vessels. These compressive stresses improve the fatigue life of the vessel during the loading unloading high-pressure cycles. If the material of pressure vessel possesses a large Bauschinger effect, it markedly decreases the autofrettage effect and the fatigue life. The present paper gives an account of the fatigue design based on strain energy density of an autofrettaged thick-walled vessel, working at an internal pressure of 500 MPa. To account for the Bauschinger effect a finite element analysis has been performed in order to obtain the residual stresses and strain energy density after the autofrettage processing and during operational cycles. The material of the vessel was a stainless steel hardened by precipitation, which showed a strong Bauschinger effect. For FE simulations, the material has been modeled considering an elastic–perfectly plastic behaviour for the loading phase and a Ramberg–Osgood behaviour for the unloading phase, with its coefficients depending on the history of the equivalent plastic strain reached during the previous loading or unloading process. Finally, the fatigue life of the vessel was obtained, compared with experimental results, and a new method was proposed to increase the fatigue life. In this new method a jacket was used with the same material as the vessel or a softer steel in the inner core of vessel, this jacket lead to decreasing stress and strain in the inner core of the main vessel and prevented the yielding of the inner core. This had a remarkable effect on improving the fatigue life.
