finite element modeling
در نشریات گروه فنی و مهندسی-
Journal of Analytical and Numerical Methods in Mechanical Design, Volume:3 Issue: 1, Spring 2024, PP 51 -58
Recently, sandwich composites have been in high demand in the air, maritime, and land transportation industries. Particularly, epoxy matrix composites reinforced with carbon fiber have become desirable structural materials due to their high static strength and stiffness characteristics. On the other hand, if Kevlar fibers are used as a substitute for or alongside graphite fibers for reinforcement, the damage tolerance of composite materials may be significantly enhanced. The current research investigated how four composite cylinders constructed of Kevlar and carbon fiber react to low-velocity impact. These cylinders can be classified physically as carbon-only, Kevlar-only, carbon-outside/Kevlar-inside, or Kevlar-inside/carbon-outside. A drop-weight impact device containing a free-falling spherical steel impactor was used to apply the impact to the samples. Abaqus/Explicit software based on finite element modeling (FEM) was employed to assess the impact behavior of specimens. Then, the composite cylinders were modeled as standard shell composite lay-ups, while the impactor was represented as a stiff analytical part. The results demonstrated that carbon fiber was less effective at absorbing energy than Kevlar fiber and that the carbon-only specimen had the strongest contact force and the least deflection compared to the other samples. To further validate the analysis, empirical and numerical findings were carefully compared.
Keywords: Carbon Fiber, Cylindrical Composite, Finite Element Modeling, Kevlar Fiber, Low-Velocity Impact -
Conventional bending processes for perforated sheets using steel dies often result in undesirable deformation of the holes along the bend line. In contrast, the laser bending process presents a suitable alternative for effectively bending these sheets. This study investigates the laser bending process of perforated sheets through experimental tests and numerical simulations, employing a finite element model for the simulations. The effects of process variables, including laser power, scanning speed, laser beam diameter, and the number of holes along the irradiating path, on the output parameters (bending angle and edge effects), are examined. The finite element simulation and experimental measurements demonstrate good agreement. Results indicate that the bending angle of laser-bent perforated sheets increases with higher laser power, larger laser beam diameter, reduced scanning speed, and fewer holes in the irradiation path. Furthermore, the lateral deformation of the free edges (edge effect) increases with greater laser power, reduced scanning speed, larger laser beam diameter, and higher number of holes in the irradiation path. The edge effect is influenced by the temperature gradient along the irradiation path; higher laser power generates elevated local temperatures and increased cooling rates, whereas higher scanning speed leads to a more uniform temperature distribution in the sheet.
Keywords: Laser Bending Process, Perforated Sheets, Bending Angle, Edge Effect, Finite Element Modeling -
پره های ثابت و متحرک توربین ها در بخش گرم موتورهای جت و توربوشفت، به دلیل تحمل تنش های شدید در دمای بالا، همواره در معرض آسیب ها و خرابی های مختلف از قبیل خوردگی داغ، اکسیداسیون، آسیب های خزشی، فرسایش، خستگی، برخورد جسم خارجی و ایجاد ترک قرار دارند. از طرفی یکی از چالش های مهندسین در حوزه موتور های توربینی، یافتن راهی برای تخمین عمر قطعات به ویژه پره های توربین است. در این مقاله، تحلیل عددی یک نمونه پره ردیف اول توربین موتور 250-C20 به همراه پوشش های سد حرارتی آن، در نرم افزار اجزای محدود آباکوس انجام شده، و توزیع تنش و کرنش در بازه زمان، مشخص گردید و بر اساس آن، مناطق دارای بیشترین خزش استخراج شده است و سپس با در نظر گرفتن میزان کرنش گسیختگی پره توربین، عمر خزشی پره تخمین زده شده است. برای اعتبارسنجی عمر تخمین زده شده توربین، نتایج عددی مستخرجه با نتایج تجربی سه نمونه پره توربین مقایسه شده است.
کلید واژگان: پره توربین، پوشش محافظ حرارتی، مدل سازی المان محدود، خزش، تنش، تخمین عمر خزشیThe stationary and rotating blades of jet engines and turboshaft turbines, particularly in the hot section, are subjected to extreme stresses at high temperatures. Consequently, they are constantly exposed to various forms of damage and failure, including hot corrosion, oxidation, creep damage, erosion, fatigue, foreign object damage, and cracking. A key challenge in turbine engine maintenance is the accurate estimation of the lifespan of critical components, particularly turbine blades. This study used finite element analysis in ABAQUS software to conduct a numerical analysis of a first-row turbine blade from the C20-250 engine, including its thermal barrier coatings. The stress and strain distribution over the operational period were determined, highlighting the areas most susceptible to creep failure. Based on the rupture strain of the turbine blade material, the creep life of the blade was estimated. The numerical results were compared with experimental data from three turbine blade samples to validate the estimated creep life. These findings provide crucial insights for predictive maintenance strategies, enhancing the durability and cost-effectiveness of turbine engines.
Keywords: Turbine Blade, Thermal Protective Coating, Finite Element Modeling, Creep, Stress, Creep Life Estimation -
فاصله بازوهای ثانویه دندریتی از ویژگی های مهم ریزساختاری در انجماد دندریتی آلیاژهاست و تاثیر زیادی بر سختی آلیاژ دارد و عامل اساسی موثر بر آن سرعت سرمایش حوضچه مذاب است. به دلیل دشواری اندازه گیری عملی آن حین جوشکاری، باید از روش های عددی برای پیش بینی آن، استفاده نمود. در این پژوهش ابتدا 3 نمونه به شدت جریانهای 95، 120 و 132 تولید شدند. در ادامه با استفاده از نتایج مدل صحه گذاری شده، یک مدل حرارتی المان محدود سه بعدی برای تولید پروفیل های جوش و تحلیل جریان گرمای گذرا، میزان سرعت سرمایش در نقاط مختلف فلز جوش محاسبه شد. خروجی های مدل (نرخ های سرمایش، گرادیان حرارتی G و نرخ رشد R) برای توصیف ساختارهای انجماد مورد استفاده قرار گرفت. مشخص شد که برای نمونه تولید شده با شدت جریان 95 آمپر نرخ سرمایش در نزدیکی خط ذوب برابر با مقداری بین K.S-1 650 الی K.S-1 800 بود ولی برای نمونه 132 آمپر، مقدار نرخ سرمایش برابر با مقداری بین K.S-1 270 الی K.S-1 350 بود. سپس با استفاده از تصاویر میکروسکوپ نوری، بر روی نمونه تولید شده از جنس سوپرآلیاژ IN738LC، فاصله بازوهای ثانویه دندریتی در مناطق مختلف فلز جوش مورد سنجش قرار گرفت و ثوابت a و n در رابطه ریاضی بین فاصله بازوهای ثانویه دندریتی و سرعت سرمایش به دست آمد که به ترتیب برابر با 62/34 و 3/0 شد.کلید واژگان: فاصله بازوهای ثانویه دندریتی، آلیاژ پایه نیکل، مدلسازی المان محدود، انجماد دندریتی، حوضچه مذابThe distance of the secondary dendritic arms is an important microstructural feature in the dendritic solidification and has a great influence on the hardness of the alloy, and the main factor affecting it is the cooling rate. Due to the difficulty of its practical measurement, numerical methods should be used to predict it. In this study, first, 3 samples were produced with current of 95, 120 and 132. Then, using the results of the validated model, a 3D finite element model was developed to generate welding profiles and analyze transient heat transfer, and the cooling rate at different points of the weld metal was calculated. The model outputs (cooling rates, thermal gradient G and growth rate R) were used to describe the solidification structures. It was found that for the sample produced with current of 95 A, the cooling rate was between 650 K.S-1 to 800 K.S-1, but for the sample produced with a current of 132 A, the cooling rate was between 270 K.S-1 to 350 K.S-1. Then, using optical microscopy, the distance of the secondary dendritic arms in different regions was measured on the sample produced from the IN738LC superalloy, and the constants a and n in the mathematical relationship between the distance of the secondary dendritic arms and the cooling rate were obtained, which were equal to 34.62 and 0.3, respectively.Keywords: Dendritic Secondary Arm Spacing, Nickel Base Alloy, Finite Element Modeling, Dendritic Solidification, Molten Pool
-
نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز، سال پنجاه و چهارم شماره 4 (پیاپی 117، زمستان 1403)، صص 37 -53ناتوانی اتصالات تیر - ستون در ایفای نقش کلیدی خود در سیستم مقاوم لرزه ای قاب خمشی موضوعی است که همچنان در خسارت های قابل توجه و تهدید به فروپاشی ساختمان های بتن آرمه در زلزله های اخیر گزارش می شود. نقض های اجرایی و طراحی ساختمان های بتن آرمه بر اساس آیین نامه های قدیمی، باعث شده جزئیات غیرلرزه ای در بسیاری از اتصالات موجود مشاهده شود. تکنیک عملیاتی و مقرون به صرفه بهسازی به روش بزرگ کردن ناحیه اتصال از نادر روش هایی هست که علاوه بر احیای عملکرد اتصال مستعد آسیب لرزه ای، قادر است دسترسی به عملکرد بالا را امکان پذیر کند. در پژوهش حاضر، با کمک مدل سازی عددی به روش پیشنهادی و نتایج در دسترس آزمایشگاهی، تاثیر ابعاد بزرگ شدگی در گسترش مشارکت تیروستون در ظرفیت برشی مشخص می شود. به طوری که محصور کردن %7 طول تیر توسط ادوات تقویتی، توانایی افزایش 30 درصدی حداکثر نیروی قابل تحمل را نسبت به نمونه تقویت نشده مستعد آسیب لرزه ای، دارا می باشد. در نظر گرفتن اثرات لغزش آرماتورهای طولی تیر به روش غیر مستقیم اصلاح مشخصات مکانیکی آرماتور در مدل سازی تحت بارگذاری یکطرفه و چرخه ای می تواند برای اتصالات موجود، %40 سختی و %5 نیروی نظیر تسلیم شدگی را به همگرایی بیشتر با پاسخ تجربی برساند. این رقم برای اتصالات تقویت شده به %35 برای سختی و %2/3 برای بار حداکثر کاهش می یابد. همچنین زوال درون چرخه ای برای اتصالات تقویت نشده و عدم زوال برای اتصالات تقویت شده تایید می شود. به طور متوسط حضور تیر عرضی برای اتصالات غیر لرزه ای، لرزه ای و تقویت شده به ترتیب باعث افزایش %5/8 ، %7/4 و میانگین % 15/2 ظرفیت نیرویی اتصال می شود.کلید واژگان: اتصالات تقویت شده تیر به ستون، سازه های بتن مسلح، مدل سازی المان محدود، بزرگ کردن ناحیه اتصالThe inability of beam-column joints to play their key role in the seismic resistant system of the flexural frame is a subject that continues to be reported in significant damages and the threat of collapse of reinforced concrete buildings in recent earthquakes. Implementation violations and design of reinforced concrete buildings based on old regulations have caused non-seismic details to be observed in many existing connections. The operational and cost-effective technique of improvement by enlarging the connection area is one of the rare methods that, in addition to reviving the function of the connection susceptible to seismic damage, is able to enable access to high performance. In the current research, with the help of numerical modeling by the proposed method and available laboratory results, the effect of the size of the enlargement dimensions on the shear capacity of the joint area is determined. Considering the sliding effects of longitudinal beam reinforcements in the proposed method in modeling under narrow sided and cyclic loading, for non-seismic connections, 40% of stiffness and 5% of load such as yielding can lead to greater convergence with the experimental response. And this figure for reinforced joints is reduced to 35% for stiffness and 2.3% for load-like yielding. Also, intra-cycle deterioration is confirmed for unreinforced connections and non-deterioration for reinforced connections. On average, the presence of a transverse beam for non-seismic, seismic and reinforced connections causes an increase of 8.5%, 4.7% and an average of 2.15% of the force capacity of the connection, respectivelyKeywords: Rehabilitated Beam-Column Connections, Reinforced Concrete Structures, Finite Element Modeling, Joint Enlargement
-
ضربه مغزی یکی از شایع ترین آسیب هایی است که جان انسان را تهدید می کند که در فوتبال نیز دیده می شود. در این پژوهش یک مدل المان محدود از ضربه مغزی ارائه شده است که در آن بافت مغز به صورت هایپر ویسکوالاستیک غیرخطی با همسانگردی عرضی بر اساس مدل مونی-ریولین تعریف شد. مدل سه بعدی مغز از تصاویر MRI استخراج شد و شبیه سازی المان محدود در نرم افزار LS-DYNA صورت گرفت. نتایج نشان داد که در ضربه از ناحیه جانبی، فشار و نیروی وارده سریع تر گسترش می یابد و مغز دچار آسیب شدیدتری می شود. همچنین، نشان داده شد که در صورت متعامد بودن جهت ضربه با جهت گیری فیبرهای آکسون، بافت مغز تنش بیشتری را تجربه می کند. علاوه بر این، مشاهده شد که در ضربه جلویی که فیبرهای آکسون هم راستا با جهت ضربه قرار دارند به دلیل تغییر شکل بزرگ مغز، فشار در محل آسیب مثبت و در محل مقابل آسیب منفی می شود. در ضربه جانبی که متعامد بر فیبرها بود، رفتار فشار محل آسیب و مقابل آسیب مشابه بود.
کلید واژگان: بافت مغز، معادلات ساختاری، مدل سازی المان محدود، ضربه، آسیب مغزی، بیومکانیکTraumatic brain injury is one of the most common injuries that threatens human life, which is also seen in football. In this study, a finite element model of traumatic brain injury is presented, in which the brain was defined as nonlinear hyper viscoelastic with transverse isotropy, based on the Mooney-Rivlin model. The 3D brain model was extracted from MRI images and finite element simulation was performed in LS-DYNA software. The results showed that in an impact from the lateral side, the pressure and the applied force spread faster and the brain suffers more severe damage. Moreover, it was demonstrated that if the impact direction is orthogonal to the orientation of the axon fibers, the brain tissue experiences higher stress. Furthermore, it was observed that in frontal impact, where the axon fibers are aligned with impact direction, due to the great deformation of the brain, the pressure at coup becomes positive and negative at the countercoup. In lateral impact which was perpendicular to the fibers, the pressure behavior at coup and countercoup was similar.
Keywords: Brain Tissue, Constitutive Modeling, Finite Element Modeling, Impact, Traumatic Brain Injury, Biomechanics -
یکی از گزینه های مطرح برای افزایش شکل پذیری و اتلاف انرژی سازه ها، استفاده از میراگرهای فلز-الاستومر در اتصالات خمشی می باشد. در مقاله حاضر، میراگر جدیدی از نوع فلز-الاستومر معرفی شده و به روش عددی به مطالعه رفتار لرزه ای آن تحت بار چرخه ای پرداخته شده است. میراگر بررسی شده در این تحقیق شامل یک لایه الاستومر برای کنترل ارتعاشات در سطح پایین و تعدادی پیچ تسلیمی برای اتلاف انرژی در زمین لرزه های قوی می باشد. در پیکربندی جدید، علاوه بر تعبیه میراگر در پایین تیر که در مطالعات قبلی بررسی شده است، افزودن میراگر در بالای تیر نیز مدنظر قرار گرفته و تاثیر پارامترهای مختلف میراگر نظیر تعداد، قطر و ارتفاع پیچ های تسلیمی و همچنین ضخامت لایه الاستومر بر رفتار اتصال دارای میراگر بررسی و با رفتار اتصال فاقد میراگر مقایسه شده است. مدل سازی نمونه های عددی در نرم افزار آباکوس انجام و با استفاده از نتایج تحقیقات قبلی، صحت سنجی شده است. بر اساس نتایج، سختی و مقاومت نمونه های دارای میراگر با تعداد پیچ تسلیمی کم در مقایسه با اتصال فاقد میراگر، بسیار پایین بوده و غیر قابل قبول می باشد (سختی در حدود 25% و مقاومت در حدود 40%). این درحالی است که با افزایش تعداد و قطر پیچ های تسلیمی، سختی و مقاومت اتصال دارای میراگر بهبود یافته و به مقدار متناظر اتصال فاقد میراگر می رسد. در عین حال، بیشینه کرنش های پلاستیک در اجزای اتصال تا بیش از 50% کاهش یافته و رفتار اتصال بهبود می یابد. گفتنی است سطح کرنش های پلاستیک در پیچ های تسلیمی نمونه های دارای دو میراگر کم تر از نمونه دارای یک میراگر است
کلید واژگان: اتصال تیر به ستون، میراگر فلز-الاستومر، عضو تسلیم شونده، مدل سازی عناصر محدود، رفتار چرخه ایA Parametric study on the Cyclic Behavior of Beam-to-Column Connections with Metal-Elastomer DampersOne of the methods to increase the ductility and energy dissipation of structures is the use of metal-elastomer dampers in the moment connections. In this paper, a new metal-elastomer damper is introduced and its seismic behavior under cyclic load is evaluate numerically. The damper studied in this research includes an elastomer layer to control slight vibrations and a number of yielding bolts to dissipate energy in strong earthquakes. In the new configuration, placing two dampers at the top and bottom of the beam is considered as an alternative to the formerly studied connections with one damper at the bottom of the beam. The effect of different parameters such as the number, diameter and height of the yielding bolts as well as the thickness of the elastomer layer has been studied and compared to the connection without damper. Numerical models are created in Abaqus software and validated using results from previous studies. Based on the results, the stiffness and strength of the connections with dampers having few yielding bolts is very small compared to the rigid connection (stiffness about 25% and strength about 40%). As the number and diameter of the bolts increase, stiffness and strength of the connection increase reaching the corresponding values for the original connection. However, the maximum plastic strain in connection decreases by more than 50% which is a sign of improved behaviour. It is worthy to note that plastic stains in bolts of connections with two dampers are less than that of connections with one damper.
Keywords: Beam-Column Connection, Metal-Elastomer Damper, Yielding Member, Finite Element Modeling, Cyclic Behavior -
درصد پرشدگی حجمی و نوع فیلر بر خواص رئولوژیک و مکانیکی مواد مرکب قیری موثر است. این تاثیر میتواند ناشی از اندرکنش شیمیایی بین فیلر و قیر و یا پدیده های فیزیکی ساده باشد. بررسی تاثیر فیلر بر عملکرد ماستیک آسفالتی مسئله ای مهم برای درک عملکرد مخلوط آسفالتی است. در این پژوهش، دو رویکرد آزمایشگاهی و مدلسازی عددی مورد استفاده قرار گرفته است. خواص رئولوژیک نمونه های ماستیک آسفالتی ساخته شده با قیر خالص و فیلر آهکی با نسبت های پرشدگی مختلف با استفاده از آزمایش جاروب فرکانسی تعیین شده است. نتایج آزمایش نشان داد که افزایش درصد پرشدگی حجمی فیلر در ماستیک آسفالتی منجر به تغییر مقادیر مدول برشی مختلط (G*) و زاویه فاز (δ) آن با رفتاری غیرخطی میشود که موسوم به پدیده سختشوندگی است. با در نظر گرفتن مفهوم ناحیه انتقالی بین فیلر و قیر، شاخصی با عنوان نسبت پرشدگی موثر (EVFR) برای توجیه این پدیده معرفی شده است. برای پیش بینی رفتار ویسکوالاستیک ماستیک آسفالتی بر اساس ویژگی های مکانیکی قیر و فیلر از شبیه سازی با روش اجزای محدود (FEM) استفاده شده است. دقت این مدل ها بر اساس محاسبه اختلاف نسبی بین مدول برشی مختلط (G*) آزمایشگاهی و مدول برشی مختلط پیش بینی شده توسط مدل ارزیابی شده است. نتایج این ارزیابی نشان دهنده این است که معرفی نسبت پرشدگی موثر (EVFR) به مدل عددی میتواند با تقریب خوبی منجر به افزایش دقت نتایج برای پیش بینی رفتار ویسکوالاستیک نمونه های ماستیک آسفالتی شود.کلید واژگان: ماستیک آسفالتی، فیلر آهکی، مدل سازی عددی میکرومکانیکی، ویسکوالاستیک، اجزاء محدودThe volume filling ratio and type of filler significantly influence the rheological and mechanical properties of bituminous composites. This effect can stem from either chemical interactions between the filler and bitumen or simple physical phenomena. Understanding the influence of filler on asphalt mastic performance is crucial for comprehending the behavior of asphalt mixtures. This study employs both experimental and numerical modeling approaches. The rheological properties of asphalt mastic samples made with pure bitumen and limestone filler at various filler contents were determined using frequency sweep tests. The experimental results indicated that increasing the volume filling ratio in asphalt mastic leads to non-linear changes in the values of the complex shear modulus (G*) and phase angle (δ), known as the stiffening phenomenon. Considering the concept of the transitional zone between filler and bitumen, a parameter called the Effective Volume Filling Ratio (EVFR) was introduced to explain this phenomenon. To predict the viscoelastic behavior of asphalt mastic based on the mechanical properties of bitumen and filler, finite element method (FEM) simulations were utilized. The accuracy of these models was evaluated by calculating the relative difference between the experimental complex shear modulus (G*) and the complex shear modulus predicted by the model. The results of this evaluation indicated that incorporating the Effective Volume Filling Ratio (EVFR) into the numerical model can significantly enhance the accuracy of the predictions for the viscoelastic behavior of asphalt mastic samples.Keywords: Asphalt Mastic, Limestone Filler, Numerical Micromechanical Modeling, Viscoelastic, Finite Element Modeling
-
در این مقاله به بررسی عددی و تجربی بیشینه استحکام برشی اتصال در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی آلومینیوم 7075 در حالت لبه روی هم در حضور نانو ذرات سیلیکون کارباید (SiC) در ناحیه اتصال پرداخته شده و نتایج با جوشکاری بدون حضور نانو ذرات مقایسه شده است. بدین منظور پارامترهای تاثیرگذار در استحکام برشی اتصال شامل سرعت خطی و دورانی ابزار، شکل پین ابزار (مربعی و رزوه مخروطی)، عمق فرورفتگی و زاویه انحراف ابزار مطالعه شده اند. آزمایشات تجربی با استفاده از علم آمار استنباطی به روش تاگوچی طراحی و یک مدل المان محدود سه بعدی نیز با بکارگیری دو نرم افزار دفرم و آباکوس به صورت متوالی توسعه داده شده که نتایج حاصل از آن با آزمایش های تجربی اعتبارسنجی شده است. اعتبارسنجی مدل عددی نشان می دهد که نتایج مدل عددی دارای تطابق مناسبی برای تخمین و پیش بینی رفتار فرآیند مذکور می باشد. بررسی نتایج نشان می دهد که حضور نانو ذرات SiC باعث افزایش استحکام برشی اتصال جوشکاری شده حداکثر تا 24 درصد نسبت به جوشکاری بدون این ذرات می شود. استفاده از ابزار با پین رزوه مخروطی باعث افزایش استحکام 4 الی 5 درصدی در عدم حضور ذرات تقویت کننده و 4 الی 5/7 درصدی در حضور نانوذرات نسبت به ابزار با پین مربعی شده است. موثرترین پارامتر بر استحکام برشی قطعه جوشکاری شده، سرعت دورانی ابزار می باشد. همچنین زاویه انحراف ابزار تاثیر اندکی بر استحکام قطعه دارد.کلید واژگان: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، آلومینیوم 7075، شبیه سازی المان محدود، نانو ذرات سیلیکون کارباید، روش تاگوچیIn this paper, the effect of including SiC nanoparticles in the weld zone on the maximum shear strength of friction stir lap welded 7075 aluminum alloy is investigated, both experimentally and numerically. This objective is carried out by studying the effects of rotational and transverse speeds, tilt angle, the shape of the tool and the penetration depth. The numerical investigation is based on developing an FE model by means of Deform and ABAQUS to simulate the welding procedure, which results are verified by the experimental findings. Experimental procedure is designed based on Taguchi method. The verification of the developed FE model shows that the simulation results are in proper agreement with the experimental findings. In general, including SiC nanoparticles in the weld zone can increase the maximum shear strength up to 24%, compared to the case of where the specimens are welded without SiC. Furthermore, applying the threaded tapered tool leads to higher shear strength in comparison with the squared shape tool, i.e., the strength of the specimens welded by threaded tapered tool are 4 to 5% higher without SiC inclusion and 4 to 7.5% higher with SiC, compared to the same case welded by squared tool. In addition, while the rotational speed has the highest influence on the findings, the tilt angle does not affect the results that much.Keywords: Friction Stir Welding, 7075 Aluminum Alloy, Finite Element Modeling, Sic Nanoparticles, Taguchi Method
-
ایجاد آسیب در سازه طی دوران بهره برداری همیشه محتمل است ازاین رو بحث پایش سلامت سازه های مهم به منظور کنترل و مدیریت بهره برداری ایمن طی سال های اخیر موردتوجه قرارگرفته است. فرآیند شناسایی و پایش سیستم های سازه ای از طریق روش های مختلفی امکان پذیر بوده و استخراج مشخصه های ذاتی سازه های هدف به منظور تشخیص آسیب های احتمالی از مبانی روش های مذکور است. روش زیرفضای تصادفی از جمله روش های شناسایی است که با استفاده از داده های ثبت شده از پاسخ سیستم بوسیله نصب حسگر و با فرض وجود نویزهای اندازه گیری در داده ها، مشخصه های سازه را ارائه می دهد. با توجه به محدودیت در تعداد حسگرهای قابل نصب به منظور پایش سازه های واقعی، استفاده از روش زیرفضای تصادفی مبتنی بر داده های مرجع این امکان را فرآهم خواهد آورد که با استفاده از تعداد حسگرهای محدود، سازه ی مورد بررسی شناسایی شده و در صورت وجود آسیب، محل وقوع آن توسط بهره گیری از روش های متداول موجود قابل تشخیص باشد. طی پژوهش حاضر پس از مدل سازی اجزای محدود و تحلیل دینامیکی چند نمونه سازه ی هدف با فرض نصب تعداد محدود حسگر، نتایج حاصل از خروجی روش زیرفضای تصادفی مبتنی بر داده های مرجع مورد بهره برداری قرار گرفته است. در ادامه با استفاده از تغییرات انرژی کرنشی مودال اعضا و رویکرد احتمالاتی، فرآیند تشخیص آسیب در اعضای آسیب دیده ی سازه ی هدف بکار گرفته شده و کارایی روش پیشنهادی در قالب فرآیند مذکور مورد بحث قرارگرفته است. بر اساس نتایج حاصل شده از خروجی فرآیند پیشنهادی، اعضای آسیب دیده با دقت زیادی شناسایی شده و قابل تشخیص خواهند بود.
کلید واژگان: تشخیص آسیب، مدل سازی اجزای محدود، تحلیل دینامیکی، روش شناسایی زیرفضای تصادفی، انرژی کرنشی مودالDamage to the structure during operation has always been possible, and therefore the issue of monitoring the health of important structures in order to control and manage safe operation has received attention in recent years. The process of extracting the parameters involved in identification the inherent characteristics of the target structural systems in order to monitor and detect damages is possible with different methods which have been introduced and investigated under the title of environmental modal analysis, which have been developed both in the time domain and in the frequency domain. Among the time domain methods, we can mention the stochastic subspace identification (SSI) method. The stochastic subspace identification method is one of the Output Only Modal Analysis (OOMA) methods that has been taken into consideration assuming the existence of uncertainty in modeling as well as noise in data observation and measurement, and system parameters are identification by applying statistical relationships to the output data. Due to the high accuracy of the covariance-drived stochastic subspace (SSI-cov) method which performs data monitoring by constructing the covariance function related to the recorded output data, therefore this sub-method has been used. Due to the limitation in the number of sensors that can be installed in real structures, the use of the Reference-based covariance-drived stochastic subspace identification (SSI-cov-ref) method will make it possible to identification the structure under investigation with a limited number of sensors and if there is damage, Its location can be recognized. The efficiency of the reference-based covariance-drived stochastic subspace identification method with a more limited number of sensors can also be presented. In order to damage detecting in the structure, the method of measuring changes in the modal strain energy of the members in healthy and damaged states has been used, and an index called modal strain energy has been defined and presented But in the case of damage in the structure, the undamaged members will also have strain energy due to the strain effect of the damaged members. Therefore, by using the probabilities approach, it will be possible to provide an index of the probability of structural member damage under a specific failure scenario using different information sources based on the mode shapes. In the following, using the genetic algorithm in the form of an optimization problem, the installation location for the available sensors for the target structure is optimized and presented. During the current research, after finite element modeling in MATLAB software and dynamic analysis of several samples of structure with the assumption of installing a limited number of sensors ,and the results obtained from the output of the reference-based covariance-drived stochastic subspace identification method using the changes in the modal strain energy of the members And the Bayesian strategy has been used in the damage detection in the affected members, and the efficiency of the proposed method has been discussed in the framework of the mentioned process. Based on the results obtained from the output of the proposed process, the affected members will be identified and distinguishable.
.Keywords: Damage detection, finite element modeling, dynamic analysis, Stochastic Subspace identification method, modal strain energy -
قاب های خمشی خرپایی ویژه (STMF) جلوه ای از یک سیستم قاب خمشی فولادی را نشان می دهد که به دلیل وجود تیرهای خرپایی عمیق، سختی جانبی بالا داشته و می تواند عرض دهانه طولانی را پوشش دهد. هنگامی که یک قاب STMF در معرض بارگذاری چرخه ای قرار می گیرد، اتلاف انرژی از طریق شکل پذیری قسمت ویژه که در میانه دهانه تیر خرپایی قرار دارد صورت می گیرد. در این تحقیق مروری بر نتایج عددی یک قاب STMF با دهانه ویرندل ارائه می شود که قسمت ویژه آن به منظور اتلاف انرژی بیشتر توسط میراگرهای تسلیمی به عنوان ابزار افزاینده سختی و میرایی تقویت خواهد شد. برای این منظور از میراگر لوله ای X شکل (XPD) استفاده شده و تاثیر پارامترهای این میراگر بر رفتار چرخه ای قاب های STMF بررسی خواهد شد. افزودن این میراگرها در دو حالت با اعضای یال بالا و پایین دارای انتهای گیردار و مفصلی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج تحلیل های اجزای محدود بر اساس پارامترهای چرخه ای (حد باربری و سختی اولیه و نهایی)، مقدار بیشینه کرنش پلاستیک تجمعی و همچنین اتلاف انرژی صورت گرفته در طی بارگذاری با هم مقایسه شده است. طبق نتایج حاصل شده از تحلیل مدل های عددی قاب خمشی با تیر خرپایی دارای اتصال مفصلی در دو انتهای قسمت ویژه که به مجموعه میراگر پیشنهادی مجهز شده است، استفاده از این میراگر باعث افزایش اتلاف انرژی تا 70% می شود. افزایش ضخامت میراگر لوله ای X شکل باعث افزایش باربری اعم از نیروی تسلیم و نهایی می شود. علاوه بر این، تمرکز تنش و کرنش در اعضا به میزان زیادی کاهش می یابد که در نتیجه از آسیب در اعضا اجتناب می شود.کلید واژگان: قاب خمشی خرپایی ویژه، میراگر لوله ای X شکل، مدل المان محدود، رفتار چرخه ای، اتلاف انرژیSpecial Truss Moment Frame (STMF) is a type of steel moment frames that has high lateral stiffness due to deep girders and can be used over long spans. For an STMF subjected to cyclic loading, energy dissipation is provided through the yielding of the special part located in the mid-span. This paper presents a numerical study on the cyclic behavior of STMFs in which the special part is equipped with yielding damper as a means of energy dissipative device. For this purpose, it is aimed to investigate the effect of the parameters of X-shaped pipe damper (XPD) on the cyclic behavior of STMFs. The application of these dampers has been investigated in two configurations; once with clamped and again with pin-ended beams at the special part. The results of finite element analysis are compared based on the parameters of cyclic behavior (stiffness and strength), the amount of maximum cumulative plastic strain and the energy dissipation capacity of the specimens. Based on the results obtained from the analysis of the STMF with pin-ended beams at the special part, the use of proposed X-shaped damper increases the energy dissipation capacity of the frame by 70%. Increasing the thickness of the X-shaped pipe damper increases the yield and ultimate load bearing capacity of the frame. In addition, the stress and strain concentration in the frame members is reduced which in turn prevents the damage evolution in these members.Keywords: Special Truss Moment Frame, X-shaped pipe damper, finite element modeling, Cyclic behavior, Energy dissipation
-
Journal of Analytical and Numerical Methods in Mechanical Design, Volume:1 Issue: 1, Winter 2022, PP 9 -18
The geometrical characteristic of products is one of the crucial quality indicators in the cold roll forming process. In this process, an appropriate flower pattern for rolls is vital to achieve the desired geometry and quality for high-strength steel pipes. In this paper, four different flower patterns, including circular, edge bending, double radius, and reverse bending are designed for the roll forming process of the high-strength steel pipe. Then, the effect of the flower pattern on the curvature distribution of the deformed strip is investigated using finite element analysis. The accuracy of the finite element model is evaluated by performing experimental tests. The results show that forming the strip with the reverse bending flower pattern leads to a more uniform curvature distribution in its cross-section, especially in the edge portion. Thus, this flower pattern design method is recommended for the roll forming process of the high-strength steel pipes.
Keywords: Finite Element Modeling, Cold Roll Forming Process, Flower Pattern Design, Pipe Curvature Distribution, High Strength Steel -
مطالعات پیشین، ایجاد پارگی های ترد و زود هنگام در اتصال تیر پیوند به ستون را در مجاورت جوش های شیاری اتصال بال تیر پیوند به بال ستون و در مواجه با زلزله نشان داده اند؛ این نوع پارگی به صورت مشابه در اتصال های فلنجی تیر پیوند به تیر خارج از پیوند نیز مشاهده شده است. در این تحقیق ایده استفاده از تیر پیوند قوطی شکل با مقطع کاهش یافته در نرم افزار اجزای محدود آباکوس، به منظور کاهش مقدار تقاضای کرنش پلاستیک ایجاد شده در انتهای بال تیر پیوند و در نتیجه جلوگیری از ایجاد پارگی در این ناحیه مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده شد که استفاده از مقطع کاهش یافته منجر به کاهش مقدار تقاضای کرنش پلاستیک معادل در انتهای بال های تیر پیوند قوطی شکل تا 38٪ برای تیرهای پیوند برشی، تا 41٪ برای تیرهای پیوند متوسط و تا 68٪ برای تیرهای پیوند بلند و در نتیجه جلوگیری از ایجاد پارگی های زود هنگام در ناحیه مجاور جوش شیاری اتصال بال تیر به ورق انتهایی می گردد؛ مقدار کرنش پلاستیک معادل در انتهای تیر پیوند قوطی، با کاهش پارامترهای a و bو افزایش پارامتر c (پارامتر های هندسی مقطع کاهش یافته) کاهش می یابد و پارامتر c بیش ترین و b کم ترین تاثیر را بر مقدار این پارامتر دارد؛ همچنین با استفاده از مقطع کاهش یافته در تیر پیوند قوطی شکل، مقدار اتلاف انرژی تیر پیوند به دلیل افزایش مشارکت بال در اتلاف انرژی، تا 35٪ برای تیر های پیوند برشی، تا 158٪ برای تیر های پیوند متوسط و تا 250٪ برای تیر های پیوند بلند افزایش می یابد.
کلید واژگان: قاب مهاربندی واگرا، تیر پیوند قوطی شکل، کرنش پلاستیک معادل، مدل سازی اجزای محدودPrevious studies have demonstrated the occurrence of brittle and early stage cracks in the connection between the link beam and the column, specifically in the vicinity of the groove welds that connect the flanges of the link beam to the column, when subjected to seismic activity. A similar type of rupture has also been observed in the end-plate connections of the link beam to the external link beam. This research explors the consept of utilizing a box-shaped link beam with a reduced cross-section in the Abaqus finite element software to magnitude the plastic strain demand generated at the flange ends of the box link beam. The objective is to prevent rupture in this specific region. The results indicate that the maximum equivalent plastic strain at the end of the link beam flanges can be reduced by up to 38% for short link beams, up to 41% for intermediate link beams, and up to 68% for long link beams. Consequently, this approach effectively prevents premature ruptures in the area adjacent to the groove weld connecting the beam flange to the end plate. The magnitude of the equivalent plastic strain at the end of the box link beam decreases as parameters "a" and "b" decrease, and parameter "c" (geometric parameters of the reduced cross-section) increases. Parameter "c" exhibits the most significant influence on this parameter, while parameter "b" has the least significant impact. Additionally, the adoption of a reduced cross-section in the box link beam results in an increase of up to 35% in the energy dissipation of the link beam due to enhanced participation of the flanges in energy dissipation for short link beams, up to 158% for intermediate link beams, and up to 250% for long link beams.
Keywords: Eccentrically braced frame, Box link beam, Equivalent plastic strain, Finite element modeling -
هدف این پژوهش پیشنهاد یک روش ارزیابی غیرمخرب به وسیله گسترش امواج هدایت شونده برای بررسی کاهش ضخامت (خوردگی) در لوله های فلزی پوشش داده با کامپوزیت بوده است. ابتدا مدل اجزای محدود یک لوله فولادی به ضخامت 4 mm و قطر 200 mm پوشش دهی شده با کامپوزیت لایه ای ایجاد شد، که در آن روکش کامپوزیتی از لایه های نمد الیاف شیشه خرد شده و پارچه فیبر شیشه روینگ بافته شده تشکیل شده بود. سپس مود نامتقارن اساسی موج هدایت شونده با فرکانس 100 kHz در راستای طولی سازه گسترش داده شد و سرعت فازی موج در نمونه هایی با میزان خوردگی متفاوت لوله فولادی اندازه گیری شد. در مرحله ی اول، خوردگی به صورت یکپارچه در سرتاسر لوله و در مرحله بعد در قسمتی از لوله با طول مشخص و زوایای محیطی 90، 180 و 360 درجه ایجاد شد. نشان داده شد که میزان کاهش سرعت فاز موج در قسمت های دارای خوردگی نسبت به قسمت سالم بین 9% تا 33% برای میزان خوردگی های مختلف بوده است. همچنین، تشخیص وجود، محل و میزان خوردگی در قسمت فولادی لوله به کمک روش گسترش امواج هدایت شونده با دقت مناسبی انجام شد. نتیجه گیری شد که روش شبیه سازی گسترش امواج هدایت شونده می تواند به عنوان یک آزمایشگاه مجازی به منظور توسعه روش هایی برای ارزیابی غیرمخرب لوله های پوشش-دهی شده با کامپوزیت و تشخیص محل و میزان خوردگی در آنها مورد استفاده قرار گیرد.
کلید واژگان: امواج هدایت شونده، پوشش کامپوزیتی، سازه های پوشش دهی شده، مدل سازی اجزای محدود، فراصوتThis study aimed to propose an NDE method based on the guided wave propagation for assessing the thickness loss (corrosion) in the metal pipes coated with composites. First, the finite element model of a steel pipe with the thickness of 4 mm and diameter of 200 mm coated with a layered composite material was developed, in which the composite coating constituted by the chopped strand glass fiber mat and woven roving glass fiber cloth layers. Then, the fundamental antisymmetric guided wave mode with the frequency of 100 kHz was propagated in the longitudinal direction of the structure and the phase velocity of the propagated wave was measured in specimens with different corrosion extent in the steel pipe. In the first step, a uniform corrosion was induced throughout the pipe, and in the next step, it was induced in a part of the pipe with a specific length and circumferential angles of 90, 180 and 360 degrees. It was shown that the reduction in the wave phase velocity in the corroded regions compared with the intact regions was between 9% to 33% for different corrosion extents. Besides, the detection of the corrosion in the steel pipe and its location and extent was properly performed using the guided wave propagation method. It was concluded that the simulated guided wave propagation method can be used as a virtual lab for the development of methods for nondestructive evaluation of pipes coated with composites and detection of the location and extent of corrosion in them.
Keywords: Guided waves, composite coating, Coated structures, Finite element modeling, Ultrasound -
ارزیابی غیرمخرب خواص مکانیکی و پایش سلامت سازه های کامپوزیتی از اهمیت بالایی برخوردار است. هدف از این پژوهش، ارایه یک روش ارزیابی غیرمخرب بر پایه گسترش امواج لمب برای بررسی آسیب ترک زمینه در کامپوزیت های لایه ای است. بدین منظور، پس از ایجاد مدل اجزای محدود یک کامپوزیت شیشه/اپوکسی، رفتار موج لمب در دو مود پادمتقارن (A0) و متقارن (S0) با فرکانس های تحریک مختلف مورد مطالعه قرار گرفت. سپس، نمودارهای پراکندگی مود A0 و S0 موج لمب با در نظر گرفتن چگالی ترک های متفاوت بدست آمدند. مشاهده شد که چگالی ترک زمینه و افت خواص مکانیکی کامپوزیت های متعامد بر روی سرعت مود S0 موج لمب بیشتر از سرعت مود A0 تاثیرگذار است. همچنین، تشخیص ترک زمینه به کمک افت سرعت موج لمب در فرکانس های بالا و نزدیک به فرکانس قطع دقیق تر انجام شد. مشاهده شد که با افزایش چگالی ترک، فرکانس قطع کاهش یافت و همچنین با افزایش تعداد لایه های 90 درجه در کامپوزیت متعامد، افت سرعت موج لمب بیشتر شد. نتیجه گیری شد که روش شبیه سازی گسترش امواج لمب می تواند به عنوان یک آزمایشگاه مجازی برای ارزیابی غیرمخرب کامپوزیت ها و تشخیص چگالی ترک زمینه در آنها مورد استفاده قرار گیرد.
کلید واژگان: امواج هدایت شونده، موج لمب، کامپوزیت متعامد، چگالی ترک، مدلسازی اجزای محدودNondestructive evaluation of mechanical properties and health monitoring of composite structures is of great importance. The aim of this research was to propose a nondestructive evaluation method based on the propagation of Lamb waves to investigate the matrix cracking damage in laminated cross-ply composites. For this purpose, after developing the finite element model of a glass/epoxy composite, the Lamb wave behavior was studied in two antisymmetric (A0) and symmetric (S0) modes with different excitation frequencies. The dispersion curves of the A0 and S0 modes of the Lamb wave are then obtained by considering different crack densities. It was observed that the effect of matrix crack density and the loss of mechanical properties of the cross-ply composites on the phase velocity of the S0 Lamb wave mode was higher than that of the A0 mode. Furthermore, the detection of matrix cracking was better performed using the Lamb wave velocity at high frequencies close to the cut-off frequency. It was observed that the cut-off frequency decreased by increasing the crack density, and the drop in the Lamb wave velocity increased by increasing the number of 90° layers in the cross-ply composite. It was concluded that the Lamb wave propagation simulation method can be used as a virtual laboratory for nondestructive evaluation of composites and detection of matrix crack density in them.
Keywords: Guided Waves, Lamb Wave, Cross Ply Composite, Crack Density, Finite Element Modeling -
Pineapple leaf is a natural fibre possessing superior mechanical strength which can be used as a reinforcing component in natural fibre-based composites. In general, composites can endure a wide variety of loads while in service. This work reports the buckling analysis of pineapple fibre reinforced epoxy composites and compared it to an isotropic composite reinforced with a synthetic fibre such as E-glass. The effects of changing the fibre volume fraction and plate aspect ratio, on physical buckling behaviour have been reported. The elastic parameters were calculated analytically, whereas the buckling studies were carried out using the finite element method. Buckling was shown to be significantly influenced by the changes in volume fractions, plate aspect ratio, and buckling mode. Additionally, the influence of design parameters such as optimum ply angle for composite stacking-sequence was also investigated under no shear conditions. It was observed that pineapple leaf fibre composites yielded better buckling characteristics than contemporary synthetic E-glass fibre composites.Keywords: Pineapple leaf fibre, E-glass fibre, Buckling Analysis, Finite element modeling
-
با توجه به توسعه توربین های بادی در مناطق لرزه خیز، ازجمله نواحی شرقی آسیا، نواحی جنوبی اروپا و بخش های غربی ایالات متحده آمریکا و همچنین اهمیت فونداسیون چنین سازه هایی در طراحی و اجرا، بررسی رفتار لرزه ای فونداسیون توربین های بادی امری ضروری می باشد. در این مقاله، رفتار لرزه ای یک فونداسیون مونوپایل (monopile) به همراه مدل ساده شده توربین بادی، تحت یک زلزله مشخص، به روش اجزاء محدود در نرم افزار OpenSees مدل سازی و مورد ارزیابی قرار گرفته است. در ابتدا مدل عددی، با نتایج مدل سازی دینامیکی سانتریفیوژ یک شمع فولادی مستقر در خاک ماسه ای، اعتبار سنجی و پس از آن اثر تغییر پارامترهای مختلف از جمله طول مدفون و قطر فونداسیون، تراکم نسبی خاک، شرایط مونوپایل مستقر بر روی بستر سنگی و همچنین بارگذاری باد به صورت یکنواخت و چرخه ای بررسی گردید. نتایج این تحقیق نشان می دهد که تغییر پارامترهای مذکور تاثیر قابل توجهی بر روی رفتار لرزه ای سیستم سازه و فونداسیون دارد. افزایش ابعاد مونوپایل (قطر و طول) و همچنین تراکم نسبی خاک، عملکرد لرزه ای سیستم سازه فونداسیون را بهبود می بخشد و باعث کاهش جابه جایی جانبی در بالای برج و کاهش نشست و چرخش در مونوپایل می گردد. با تغییر رفتار مونوپایل از حالت اصطکاکی به اتکایی، موارد بیان شده با تغییر مثبت، منجر به بهبود رفتار در سازه و فونداسیون توربین بادی، تحت بارگذاری لرزه ای می گردد. همچنین بارگذاری باد، باعث ایجاد جابه جایی و چرخش بیشتر به سازه شده و اعمال بار باد به صورت یکنواخت شرایط بحرانی تری را نسبت به حالت بارگذاری چرخه ای، ایجاد می کند.کلید واژگان: توربین بادی فراساحل، مدل سازی عددی، روش اجزاء محدود، پاسخ لرزه ای، مونوپایل، روانگراییBecause of the development of wind turbine farms in seismic areas, such as East Asia, southern Europe, and the United States, as well as the importance of the foundation of the wind turbines in the design and implementation, it is necessary to study the seismic behavior of wind turbine foundations. In this study, the seismic behavior of monopile foundation of a simplified offshore wind turbine model under a specific earthquake record was evaluated by using finite element method in OpenSees software. At first, the proposed numerical model was validated by the results of a dynamic centrifuge modeling of a steel pile located in sandy soil. Then, the effects of various parameters such as dimensions of monopile (diameter and length), soil relative density, end bearing pile effect and wind load effect were evaluated. The results of this study showed that the changes of these parameters have significant effects on the seismic behavior of the monopile of offshore wind turbines. Increasing dimensions of monopile (diameter and length) and soil relative density improves the seismic performance of the structure and foundation system and reduces lateral displacement at the top of tower and reduces settlement and rotation of the monopile. Chang of behavior of the monopile from frictional pile to end bearing pile, improves the behavior of the wind turbine structure and foundation under seismic loading. Also, wind loading causes more displacement and rotation to the structure, and static wind load creates more critical conditions than the dynamic wind load.Keywords: Offshore Wind turbine, Finite element modeling, Seismic response, Monopile foundation, Liquefaction
-
In previous published literatures it was stated that superposition law might be valid for ground improvement techniques consisting of prefabricated vertical drains (PVDs) along with surcharge and vacuum preloading. Even some professional geotechnical engineers might think of this false idea that superposition law might be valid in such ground improvement techniques. It was shown that the superposition law is not valid because of the hydro-mechanical coupling interactions which exist between vacuum and surcharge preloading. A case history was presented and Finite Element Modeling (FEM) was used for verification and the demonstration of coupled consolidation interaction between vacuum and surcharge preloading. Three main parameters as settlement, lateral displacement, and water excess pore pressure were evaluated for different scenarios. The results that are based on a macro-element approach can be used for better comprehension of the working mechanism of combined treatment systems. Considering the results of this literature, a complex combined vacuum and surcharge preloading can be broken in simpler cases that can be used for either deriving analytical or empirical solutions.Keywords: Coupling, superposition, Vacuum preloading, finite element modeling, excess pore pressure
-
مجله مهندسی متالورژی، پیاپی 84 (زمستان 1400)، صص 286 -297حساسیت بالای سوپرآلیاژهای پایه نیکل به انواع ترک حین جوشکاری ذوبی و عملیات حرارتی پس از آن، منجر به محدودیت جوشکاری تعمیری قطعات آسیب دیده از این جنس میشود. ترک پیرکرنشی، یکی از انواع ترکهای شایع در سوپرآلیاژ IN738LC در عملیات حرارتی پس از جوشکاری است که در کارهای محدودی مورد مطالعه قرار گرفته است. در این پژوهش به کمک مدلسازی عددی، حساسیت به ترک پیرکرنشی در سوپرآلیاژ IN738LC جوشکاری شده به روش TIG بدون فلز پرکننده، بررسی شد. نتایج مربوط به مدلسازی حرارتی- مکانیکی و همچنین ارزیابی تجربی مقطع عرضی نمونههای جوش بدون فلز پرکننده پس از عملیات حرارتی پس گرم، نشان داد تنش و کرنش پلاستیک عرضی (و نه طولی) معیار اولیه مناسبی برای ارزیابی حساسیت سوپرآلیاژ به ترک پیرکرنشی است و به نظر میرسد در صورتی که کرنش پلاستیک عرضی بیش از %6/4 باشد، احتمال وقوع این ترک پس از عملیات حرارتی پس گرم، بسیار بالا خواهد بود.کلید واژگان: ترک پیرکرنشی، سوپرآلیاژ IN738LC، جوشکاری تعمیری، مدلسازی المان محدودJournal of Iranian Metallurgical and Materials Engineering Society, Volume:24 Issue: 84, 2023, PP 286 -297The nickel-based superalloys high sensitivity to various types of cracks during fusion welding and post welding heat treatment, leads to limitations in the repair welding of damaged parts of this material. Strain aging crack is a type of prevalent crack in the IN738LC superalloys that occurs during the post-weld heat treatment, which was investigated in few studies. In this study, using numerical modeling, the susceptibility to strain aging cracking in IN738LC superalloy welded by TIG method without filler metal was investigated. The results of thermal-mechanical modeling as well as experimental evaluation of cross-section of the autogenous welded samples after post-heat treatment showed that the transverse plastic strain of (rather than longitudinal) plastic is a suitable preliminary criterion for evaluating the susceptibility of superalloy to the strain aging cracking and it seems that if the plastic transverse strain is more than 4.6%, the probability of this crack occurring after post weld heat treatment will be very high.Keywords: Strain aging crack, IN738LC Superalloy, Finite element modeling
-
مواد آکزتیک با نسبت پواسون منفی به عنوان یکی از انواع فرامواد به دلیل خواص مکانیکی جذاب و قابل توجه، توجه بسیاری از محققین را به خود جلب کرده اند. سازه های صلب چرخنده یکی از انواع مواد آکزتیک هستند که با تنظیم متغیرها، رفتار همسانی را در جهات مختلف نشان می دهند، اما این سازه ها بدلیل استفاده از بلوک های صلب دارای چگالی نسبی زیادی می باشند. از طرفی علی رغم چگالی نسبی بالا این سازه ها در اتصالات اجزای چرخنده به یکدیگر ضعیف بوده و دارای سفتی و استحکام بالایی نیستند و با توجه به چگالی نسبی بالا خواص ویژه مکانیکی کمی دارند. در این پژوهش یک ساختار مشبک جدید با الهام از سازه های صلب چرخنده ولی با چگالی نسبی بسیار کمتر ایجاد گردید. برای کاهش چگالی نسبی در این ساختار بجای بلوک های صلب از المان های میله ای استفاده شده است. ساختار جدید با استفاده از فرآیند چاپ سه بعدی ساخته شد و تحت آزمایش کشش قرار گرفت. با عکس برداری از ساختار قبل و در حین تغییرشکل، ضریب پواسون آن اندازه گیری گردید .همچنین با روش اجزای محدود، رفتار تغییرشکل ساختار پیشنهادشده شبیه-سازی و با نتایج تجربی مقایسه شد. هر دو روش نشان دهنده رفتار آکزتیک ساختار جدید هستند. در ادامه مکانیزم تغییرشکل ساختار و همچنین محدوده ای از شکل ساختار که رفتار آکزتیک در آن مشاهده می شود بررسی گردید.
کلید واژگان: ساختارهای آکزتیک، نسبت پواسون منفی، ساختار مشبک، چاپ سه بعدی، شبیه سازی اجزای محدودAuxetic materials with negative Poisson’s ratio, as a group of metamaterials, attracted significant attentions among researchers due to their interesting and remarkable mechanical properties. Rigid rotating structures are a subcategory of auxetic materials which can show the same behavior in various directions by tuning their parameters, but due to using rigid rotating blocks their relative density is high. As the rotating blocks are connected by weak joints, stiffness and strength of these structures are low and considering high relative density of these structures specific mechanical properties are even in worse condition. In this research, novel lattice structures based on rigid rotating structures but with remarkably lower relative density were presented. To reduce relative density of these structures, bar elements were used instead of rigid blocks. 3D printing method was used to manufacture samples with these structures and then tensile test was performed on the samples. Poisson’s ratios of the samples were measured by recording image of the structures before and during deformation. The behavior of the structures was predicted by finite element method and compared with experimental measurements. Both of the methods showed auxetic behavior of the structures. Then deformation mechanism of the structures and the effect of the structures shape on the auxeticity were investigated.
Keywords: Auxetic structures, Negative Poisson&rsquo, ratio, Lattice structures, 3D printing, finite element modeling
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.