بررسی رفتار خستگی صفحات سوراخ دار ناشی از اثر ترکیبی انبساط سرد و نیروی clamping

مطالعاتی که تاکنون در زمینه ی انبساط سرد منتشر شده اند همگی بر روی ورق های با سوراخ باز انجام شده اند. این در حالی است که انبساط سرد در عمل برای اتصالات پیچی و پرچی به کار می رود که رفتار متفاوتی در مقایسه با اتصالات با سوراخ باز دارند. در این پایان نامه سعی شده است تا رفتار خستگی ورق سوراخ دار انبساط سرد شده پس از بستن پیچ و مهره مورد مطالعه قرار بگیرد. برای این منظور از تست های خستگی و شبیه سازی عددی استفاده شده است. این پژوهش بر روی ورق های سوراخ داری از جنس آلیاژ آلومینیوم 7075-t6 انجام شده است که تحت انبساط سرد با نسبت تداخل اسمی 4 درصد قرار گرفته اند و سپس به وسیله ی پیچ و مهره فولادی با سه گشتاور مختلف بسته شده اند. تست های خستگی شامل ورق های با سوراخ انبساط سرد شده ی باز و ورق های ساده ای که تحت هیچ عملیاتی قرار نگرفته اند نیز می باشد. هدف از این آزمایش ها بررسی تاثیر نیروی فشاری پیچ و مهره بر روی عمرخستگی و نحوه ی ایجاد و رشد ترک خستگی می باشد. علاوه بر این خستگی سایشی مابین واشر و ورق انبساط سر شده نیز مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج برآمده از تست های خستگی و بررسی مقاطع شکست و سطوح ساییده شده نشان می دهد که بستن پیچ و مهره سبب بهبود عمر بیش تر ورق های انبساط سرد شده می شود ولی به دلیل سایش مابین واشر و ورق نوع واماندگی خستگی در برخی از نمونه های آزمایشی که تحت شرایط بارگذاری خاصی قرار گرفته اند از واماندگی خستگی ناشی از ناچ (سوراخ) به واماندگی خستگی ناشی از سایشی تغییر می کند. به منظور بررسی بیش تر این مسئله، سری دیگری از نمونه های آزمایشی به تست های خستگی افزوده شدند که در آن ها از اصطکاک مابین واشر و ورق انبساط سرد شده با استفاده روغن کاری کاسته شده و در نتیجه امکان خستگی سایشی کم شده است. نتایج نشان می دهد که در غیاب عامل خستگی سایشی نوع واماندگی و نحوه ی ایجاد و رشد ترک خستگی نمونه های انبساط سرد شده ای که با پیچ و مهره بسته شده اند مشابه نمونه های انبساط سرد شده ی با سوراخ باز می باشد. برای توجیه مشاهدات تجربی از شبیه سازی عددی کامل عملیات انبساط سرد، بستن پیچ و مهره و بارگذاری سیکلی استفاده شده است. شبیه سازی عددی در محیط نرم افزار المان محدود ansys انجام شده است. برای اعتبار سنجی مدل المان محدود از مقایسه ی نتایج آن با نتایج برآمده از حل تحلیلی و همچنین مقایسه ی اندازه ی سطوح ساییده شده و سطح تماس پیش بینی شده در المان محدود استفاده شده است. نتایج مستخرج نشان می دهد که کاهش همزمان میانگین و دامنه ی تنش های محلی مهمترین عامل بهبود عمر مشاهده شده در ورق های انبساط سرد شده که با پیچ و مهره بسته شده اند، می باشد. کاهش میانگین تنش های محلی به دلیل افزایش مقادیر فشاری میدان تنش پسماند می باشد و کاهش دامنه ی تنش های محلی به خاطر وجود تماس اصطکاکی مابین واشر و ورق اتفاق افتاده است. تماس اصطکاکی همچنین به عنوان عامل خستگی سایشی و تغییر وضعیت واماندگی شناسایی شده است که تحت شرایط بارگذاری خاص منجر به جابه جایی محل تمرکز تنش از لبه ی سوراخ و در نتیجه تغییر موقعیت محل ایجاد ترک خستگی می شود. در ورق هایی که از واشر روغن کاری شده استفاده شده است، به دلیل کاهش تماس اصطکاکی، دامنه ی تنش های محلی تغییر نکرده و جابه جایی محل تمرکز تنش نیز اتفاق نمی افتد.