نشریه علمی پژوهشی روشهای عددی در مهندسی

مکانیک آسیب پیوسته یکی از شاخه‌های مکانیک کاربردی است که به منظور پیش‌بینی وقوع شکست و یا بروز ترک در فرایندهای شکل‌دهی به کار گرفته می‌شود. در این مقاله یک مدل مکانیک آسیب نرم اصلاح شده برای پیش‌بینی وقوع ریز حفره‌ها، که به ترکهای مرکزی در فرایند اکستروژن مستقیم می‌انجامد، مورد استفاده قرار می‌گیرد. در تحلیل اجزای محدود، از یک روش کارا در انتگرال‌گیری معادلات ساختاری سود برده می‌شود. تأثیر پارامترهای مؤثر از جمله: زاویه قالب، ضریب کاهش سطح مقطع، ضریب اصطکاک و نرمی ماده تحت فرایند در بروز ترکهای مرکزی در فرایند اکستروژن مستقیم مورد ارزیابی قرار می‌گیرند. مقایسه‌های انجام گرفته، تطابق خوبی را بین پیش‌بینیهای مکانیک آسیب در محصول فرایند و نتایج تجربی موجود نشان می‌دهد.

در روش اصلاح شده لاگرانژی برای شبیه¬سازی فرایند ماشینکاری، جدایی براده از قطعه کار به کمک حذف اجزای دارای آسیب بحرانی ازمقابل نوک ابزار فراهم می¬شود. در این مقاله یک ارزیابی سیستماتیک از سه مدل انباشت (تجمع) آسیب صورت گرفته است تا بهترین معیار شکست در شبیه سازی شناسایی شود. سه مدل در نظر گرفت شده عبارت‌اند از مدلهای جانسون- کوک، کاکرافت- لاتم و ویلکینز. همچنین الگوریتم جدیدی برای توسعه این‌گونه از مدلهای آسیب در دامنه بالای کرنش، نرخ کرنش، دما و فشار ماشینکاری در حضور ترکیب دو اثر مکانیزم شکست کششی و برشی ارائه می¬شود. در این مورد، نتایج به‌دست آمده¬ از تحلیلهای اجزای محدود با فرمولبندی لاگرانژی- اویلری اختیاری به عنوان منبعی برای انباشت آسیب مورد استفاده قرار می‌گیرند. شرایط پایدار برش فولاد ۱۰۴۵ مورد ملاحظه قرار می‌گیرد تا از اطلاعات موجود و داده-های آزمایشهای طرح "دستیابی به مدلهای ماشینکاری" در عملکرد این فولاد در برش متعامد به عنوان معیار بررسی دقت مورد استفاده قرار گیرد. کالیبره کردن این نوع مدلها و شرایط واقعی جدایش براده مهمترین مزیت مدل است. براساس نتایج این تحقیق مدل آسیب جانسون-کوک بهترین توانایی را درمعیار جدایی براده عرضه می‌کند.

اخیراً مدل آسیب دو مقیاسی به عنوان یک روش کارا برای تحلیل مسایل خستگی پر چرخه ارایه شده است. در این مدل رفتار ماده در مقیاس میکروسکوپی الاستیک-پلاستیک همراه با آسیب و در مقیاس ماکروسکوپی الاستیک ارزیابی می شود. در این تحقیق، یک آلگوریتم عددی مقاوم -که بتواند میلیون ها سیکل بارگذاری را دنبال نماید- برای مدل آسیب دو مقیاسی پیاده سازی می شود. برای بهنگام کردن تنشها از یک روش صریح استفاده می شود تا پیش بینی زمان شکست برای انواع بارگذاریها از جمله دوره ای، اتفاقی، مکانیکی و گرمایی-مکانیکی میسر شود. یک لوله استوانه ای تحت بار خستگی گرمایی-مکانیکی و شافت روتور اصلی یک بالگرد با بارگذاری غیر تناسبی به روش آسیب دو مقیاسی مورد بررسی و تحلیل عمر قرار می گیرد.

در این پژوهش با ارایه یک آلگوریتم کارا تأثیر استحاله‌ی فازی حالت جامد بر شکل‌گیری تنش‌های پسماند، در جوشکاری لب به لب محیطی لوله‌های فولادی کربن‌متوسط مورد بررسی قرار می¬گیرد. برای این منظور یک تحلیل ترمو- الاستیک- پلاستیک که با یک تحلیل متالورژیکی همبسته است به روش اجزای محدود انجام می¬گیرد. فرایند جوشکاری به صورت دوبعدی و سه‌بعدی به کمک دو زیر‌برنامه؛ یک زیر‌برنامه برای اعمال شار گرمایی و دیگری برای اعمال استحاله¬ی فازی - تبدیل آستنیت به مارتنزیت- شبیه‌‌سازی شده است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد تغییرات حجمی ناشی از تبدیل فاز آستنیت به مارتنزیت تأثیر قابل توجهی بر مقدار و توزیع تنش‌های پسماند دارد و در مواردی می¬تواند ماهیت تنش‌ها را از حالت کششی مخرب به فشاری تغییر‌دهد.