بررسی اثر اتصال جوشی بر استحکام کمانش پوسته های استوانه ای تحت فشار خارجی

بار بحرانی کمانش، یکی از موارد مهم و قابل توجه در طراحی مخازن و لوله های تحت فشار خارجی است. هر چند برای طراحی و تحلیل این گونه سازه ها، مستندات و استانداردهای زیادی وجود دارد، ولی به دلیل پیچیدگی موضوع و همچنین وجود پارامترهای زیاد، فرمول های پیشنهادی به طور دقیق و جامع نیستند. از جمله پارامترهای موثر در کمانش این سازه ها، نقص شکل، ناهمگونی متالوژیکی، و تنش های پسماندی است که می تواند ناشی از نورد ورق ها و یا اتصالات جوشکاری باشد. جوشکاری یکی از روش های معمول و مهم در مراحل ساخت مخازن و لوله ها می باشد. موضوعات بسیاری با کنترل کیفیت سازه های جوش خورده در ارتباط هستند. در جوشکاری، فلزی که در مجاورت خط جوش قرار دارد شرایط دمایی مختلفی را تجربه می کند، به دلیل گرادیان حرارتی بالا، توزیع دمایی غیر یکنواخت در جوش و نواحی اطراف آن رخ می دهد. نتیجه ی این فرآیند به وجود آمدن تغیرشکل ها و تنش های پسماند در سازه ی جوش خورده است. ترک ها، خوردگی و عیوب مکانیکی و متالوژیکی، از دیگر مشکلات رایج در اتصالات جوشی هستند. هر چند که اتصال جوشکاری شده از نظر استحکام، معمولا بالاتر از اتصالات دیگر محسوب می شود، ولی جوشکاری با ایجاد همین عوارض، مقاومت سازه، از جمله مقاومت به کمانش را تحت تأثیر قرار می دهد. در این تحقیق، از میان همه ی این عوارض ناشی از جوشکاری، تأثیر تنش های پسماند بر مقاومت کمانش، بررسی خواهد شد. برای این منظور، ابتدا با استفاده از نرم افزار ansys به بررسی میدان تنش های پسماند در انواع جوشکاری پوسته های استوانه ای پرداخته می شود، از جمله جوش اسپیرال، که امروزه در جوشکاری خطوط لوله کاربرد فراوان دارد. در ادامه، با تکرار مدل سازی برای یک صفحه و مقایسه ی نتایج تحلیل المان محدود با نتایج تجربی، صحت مدل سازی و روند تحلیل اعتبار سنجی می شود. سپس به بررسی پدیده ی کمانش پرداخته و نتایج المان محدود، در مورد یک صفحه، با روابط تحلیلی موجود برای کمانش صفحه، و در مورد یک سیلندر با نتایج یک مقاله ی معتبر مقایسه می شود. در آخر با بررسی بار بحرانی کمانش مربوط به این سازه ها بعد از عملیات جوشکاری، ومقایسه ی آن با نمونه ی بدون جوش، تأثیر عملیات جوشکاری و تنش پسماند ناشی از آن بر بار کمانش تحقیق خواهد شد. طبق نتایج، تأثیر تنش های پسماند ناشی از فرآیند جوشکاری بر بار بحرانی کمانش ناچیز بوده و با در نظر گرفتن فقط تأثیر تنش های پسماند، تغییر بار بحرانی کمانش زیاد محسوس نخواهد بود، و باید تغییر شکل های جوشی و تغییر خواص متالوژیکی ناشی از جوشکاری را نیز در بررسی تأثیر جوش بر بار کمانش در نظر گرفت. کلمات کلیدی: بار بحرانی کمانش،پوسته های استوانه ای، فشار خارجی، اتصال جوشی، تنش پسماند