تحلیل اجزای محدود آسیب خستگی فلزات براساس مدل های مبتنی بر آنتروپی ترمودینامیکی

مقدار آنتروپی تولیدی طی بارگذاری خستگی به عنوان یک شاخص از انباشت آسیب در ماده تلقی می شود. با استفاده از تکنیک ترموگرافی و ثبت توزیع میدان دما در سطح نمونه تحت بارگذاری چرخه ای به وسیله دوربین مادون قرمز و همچنین محاسبه انرژی اتلافی و در نظر گرفتن امکان تبادل حرارت نمونه با محیط، می توان نرخ خالص تولید آنتروپی در سیستم را محاسبه کرد. انتظار می رود که با به کارگیری ابزار مناسب، بتوان این روش را به عنوان یک روش بازرسی غیرمخرب در رابطه با آسیب ناشی از خستگی فلزات مورد استفاده قرار داد. این تحقیق به منظور امکان سنجی و بررسی قابلیت کاربرد روش یاد شده به کمک مدل سازی و تحلیل عددی انجام شده است. در این مقاله با استفاده از روش عددی اجزای محدود و در قالب نرم افزار آباکوس به شبیه سازی آزمون خستگی خمش کاملا معکوس شونده روی نمونه های استاندارد از جنس آلومینیوم (Al6061-T6) که نتایج آزمون آزمایشگاهی آن موجود است، پرداخته می شود. براساس نتایج تحلیل مکانیکی و حرارتی به روش کوپل متوالی، به محاسبه نرخ تولید آنتروپی، آنتروپی شکست خستگی، متغیر آسیب و تخمین عمر باقی مانده براساس این متغیر پرداخته می شود. نتایج حاصل از شبیه سازی عددی با نتایج آزمون های آزمایشگاهی مقایسه و اعتبارسنجی می شود. همچنین یک تحلیل عددی برای تخمین افزایش دما و بررسی پدیده خودگرمایی خستگی در اثر بارگذاری چرخه ای براساس مشخصه های منحنی کرنش- عمر و تخمین انرژی اتلافی، با بهره گیری از امکان اسکریپت نویسی پایتون در نرم افزار آباکوس روی نمونه آزمون محوری از جنس فولاد(AISI 4340) صورت می گیرد. نتایج پژوهش حاکی از آن است که کاربرد ترموگرافی مادون قرمز به عنوان یک روش ارزیابی غیرمخرب در محدوده خستگی کم چرخه ابزاری مناسب برای ارزیابی میدان دما و در نتیجه تخمین آسیب انباشته در ماده است.