در این پژوهش به بررسی تجربی و عددی رشد ترک خستگی و تمدید عمر و تخمین آن در قطعات ترکدار آلومینیومی که با وصله ی کامپوزیتی fml ترمیم شده اند، پرداخته شده است. ترمیم، به صورت چسبی بوده تا از معایب اتصال مکانیکی مانند تمرکز تنش قابل توجه، مقاومت کم در برابر خستگی، امکان ایجاد خرابی در قطعه اصلی و ... جلوگیری شود. این وصله ها دارای مزایای مهمی از جمله استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی و رطوبت، وزن کم و خواص خوب خستگی می باشند. تعمیرات وصله ای باعث کاهش میزان تنش در اطراف ترک از طریق مکانیزم پل زنی و نیز انتقال تنش از ورق ترک دار به وصله کامپوزیت می شود که در نهایت موجب کاهش و یا توقف کامل رشد ترک و لذا افزایش طول عمر قطعه خواهد شد. قطعات با نرم افزار abaqus 6.10 شبیه سازی شده و نتایج بدست آمده از این تحلیل با داده های تجربی بدست آمده از تست های تجربی و آزمایشگاهی انجام شده روی قطعات، مقایسه شده است. همچنین در این پژوهش به بررسی پارامترهای موثر در رشد ترک خستگی از قبیل: زاویه ترک اولیه، عرض وصله و چیدمان لایه ها در وصله پرداخته شده است. نتایج این پژوهش نشان دهنده افزایش چشمگیر عمر قطعات تعمیر شده با این وصله در مقایسه با قطعات بدون وصله است.

توربین های گازی مدل ge-f9 دچار معایبی از جمله ترک خوردگی در قسمت پوسته می شوند. به علت شرایط کاری توربین خستگی حرارتی به عنوان عامل اصلی ایجاد و رشد ترک ها شناسایی می شود. در این پروژه، در ابتدا عمر خستگی ترک شناسایی شده در ناحیه سوراخ پین خارج از مرکز یک پوسته توربین گاز مدل ge-frame9، که یکی از مستعد ترین مناطق برای ایجاد و رشد ترک در این دسته از توربین ها می باشد پیش بینی گردید. به منظور انجام این تحلیل، موقعیت و جهت گیری ترک توسط انجام تست های غیر مخرب بدست آمد، از یک روش ترموگرافی غیر تماسی جهت اندازه گیری دمای سطح خارجی پوسته استفاده شد و دمای سطح داخلی پوسته توسط نصب ده ترموکوپل اندازه گیری گردید. با به کارگیری نرم افزار المان محدود abaqus توزیع تنش های پوسته در طی یک سیکل کاری بدست آمد و سپس، رشد خستگی ترک مورد نظر توسط کد مکانیک شکست zencrack پیش بینی گردید. نتایج حاصل از تحلیل انجام شده نشان داد که نرخ رشد ترک به تدریج کاهش خواهد یافت و زمانی که ضرایب شدت تنش به مقدار threshold می رسند، رشد ترک متوقف خواهد شد. با این حال، به منظور جلوگیری از رشد ترک به میزان مذکور و پیشگیری از رشد بیشتر آن در اثر وقوع شرایط بحرانی و غیر قابل پیش بینی، می بایست راهکار مناسبی جهت توقف ترک ارائه گردد. جنس پوسته توربین نوعی از ماده چدن (ductile cast iron) می باشد. چدن یکی از دشوارترین فلزات ریخته گری برای جوشکاری است. تعمیر ترک قطعات با جنس چدن توسط نصب پین های دوخت سرد می تواند راهکار مناسبی در مقابل دشواری های پیش رو در روش های جوشکاری باشد. در این روش پین ها طبق الگویی مشخص در کل طول ترک نصب می گردند و باعث ایجاد مقاومت و آب بند بالایی می شوند.تاثیر نصب پین های دوخت سرد به صورت تحلیلی، تجربی و مدلسازی عددی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج تحلیل های انجام شده نشان داد که پس از نصب پین ها ضرایب شدت تنش کاهش می یابند و با کاهش بیشینه ضریب شدت تنش در جبهه ترک و رسیدن به مقدار threshold ترک متوقف می گردد. از روش های کانتور انتگرال و ctod برای محاسبه مولفه های مکانیک شکست استفاده گردید و از روش paris به منظور رشد ترک خستگی استفاده شد.

توربینهای گازی سری ge-f9 به علت شرایط کاری در دمای بالا و تغییرات گرادیان دمایی با مسایل خزش و خستگی روبهرو هستند. این عوامل جزء عوامل اصلی رشد ترکها در پوسته توربین میباشند. در این پروژه برهمکنش رشد ترک خزش و خستگی ترکی بر روی سطح خارجی پوسته بررسی شده است و سپس عمر کلی قطعه پیشبینی گردیده است. موقعیت ترک و اندازه آن با استفاده از تست?های غیر مخرب (pt) انجام شده است. با استفاده از عکسبرداری ترموگرافی دمای سطح خارج پوسته و با نصب 10 عدد ترموکوپل دمای سطح داخل پوسته در طول یک سیکل کاری توربین اندازهگیری شده است. برای تحلیل تنش پوسته از نرمافزار abaqus استفاده شده است، سپس تغییرات تنش در یک سیکل کاری توربین بررسی شده است. سپس با استفاده از نرمافزار zencrack رشد ترک خزش و خستگی مورد تحلیل قرار گرفته است. نتایج تحلیل نشان میدهند که خستگی حرارتی و خزش عامل اصلی رشد ترکها میباشند و ضریب شدت تنش ترک پس از مدتی کاهش یافته و با رسیدن آن به مقدار k_th ترک متوقف میگردد. برای تحلیل ترک از روشهای ctod و انتگرال j استفاده گردید. برای رشد ترک خستگی از معادله پاریس و برای رشد ترک خزشی از معادله پاریس وابسته به زمان، c_t-integral، استفاده شده است.

چکیده: با توجه به گستردگی صنایع نفت و گاز، و وجود میلیون ها مخزن تحت فشار در سراسر جهان، مسئل? حفاظت از این مخازن به شدت نمود پیدا می کند. یکی از راه های کاهش خطر انفجار مخازن، استفاده از راپچر دیسک هاست. در همین راستا، این پایان نامه، به بحث و بررسی در مورد راپچر دیسک ها می پردازد. راپچر دیسک مورد بحث در این پروژه از آلیاژ 276 hastelloy c ساخته شده است. پارامترهای در نظر گرفته شده در طراحی آن، شامل نسبت عمق شیار به ضخامت ورق ((? ، عرض شیار به ضخامت ورق( (? و اثر دما بر روی راپچر دیسک می باشد که در آن، پارامتر های 0.1? ? ? 0.6 و 0.1? ? ? 0.5 می باشند.. تحلیل این پارامترها به روش اجزاء محدود و با المان های مکعبی انجام پذیرفته است. نهایتا با بدست آمدن مقدار kt مربوط به هر حالت و مقایس? مقدار تنش متمرکز با sut ، محل گسیختگی و ماکزیمم فشار قابل تحمل برای راپچر دیسک ها به دست آمده است. با ثابت نگاه داشتن یک پارامتر و تغییر پارامتر دیگر، نمودارهای ضریب تمرکز تنش بر حسب هندس? شیار رسم شده اند. پارامتر دما نیز بر روی مدول الاستیسیت? ماد? تشکیل دهند? راپچر دیسک تأثیر داده شده که با کاهش تنش گسیختگی قابل تحمل راپچر دیسک، بر روی ماکزیمم فشار قابل تحمل توسط آن تأثیر مستقیم گذارده است .

در این پژوهش، به پیش بینی عمر خستگی اتصالات پرچی در یک پوسته استوانه ای تقویت شده بر مبنای مکانیک شکست و با استفاده از مفهوم طول ترک اولیه معادل (eifs) پرداخته شده است. بدین منظور ابتدا با انجام آزمایش های خستگی روی نمونه های فشرده کششی c(t) از جنس فولاد 4340 که در صنایع هوافضا پرکاربرد است، معایب و مزایای سه روش محاسبه eifs یعنی: روش برونیابی بازگشتی، روش نمودار k.t. و روش t.t.c.i مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج آزمایشگاهی نشان دادند که eifs تخمینی از روش برونیابی بازگشتی و روش t.t.c.i. وابسته به دامنه بارگذاری است. در حالی که eifs تخمینی از روش نمودار k.t. را می توان بعنوان خاصیت ماده در نظر گرفت. به عبارت دیگر این eifs برای تمامی دامنه های بارگذاری یکسان خواهد بود. لذا جهت محاسبه eifs در تحلیل خستگی پوسته استوانه ای مورد نظر از روش نمودار k.t. استفاده شده است. بدین منظور ابتدا برخی خواص مکانیک شکست پوسته مذکور از قبیل ضریب شدت تنش سیکلی آستانه (??k?_th) از هر دو روش افزایشی و کاهشی ضریب شدت تنش، ثوابت رابطه پاریس و چقرمگی شکست وابسته به ضخامت (k_c)، در آزمایشگاه اندازه گیری شده است. سپس به تحلیل تنش مسئله تحت چهار حالت بارگذاری مختلف، از روش زیرمدلسازی پوسته-به-جامد در نرم افزار آباکوس پرداخته شده است. پس از محاسبه میدان های تنش و کرنش در کل سازه، تحلیل خستگی از دیدگاه صفحه بحرانی برون-میلر صورت گرفته است. به منظور تخمین عمر از روش مذکور، برنامه ای کمکی به زبان پیتون در نرم افزار آباکوس نوشته شده است. در ادامه با شبیه سازی سه بعدی فرآیند رشد ترک خستگی در سازه، به تخمین عمر خستگی از دیدگاه مکانیک شکست پرداخته شده است. در تخمین eifs از روش نمودار k.t.، یک رابطه به فرم بسته جهت محاسبه بیشینه مقدار ضریب شدت تنش سیکلی (??k?_i) در جبهه ترک، به ازای هر بارگذاری و طول ترک دلخواه، استخراج شده و صحت آن نیز بررسی شده است. در نهایت نیز عمر پیش بینی شده از هر دو دیدگاه کلاسیک و مکانیک شکست با یکدیگر مقایسه شده است. نتایج شبیه سازی نشان دادند که عمر پیش بینی شده بر مبنای دیدگاه کلاسیک برون-میلر نامحدود بوده در حالی که عمر پیش بینی شده از دیدگاه مکانیک شکست محدود است.

در این پژوهش برای اولین بار به بررسی عددی رشد ترک خستگی در قطعات ترکدار آلومینیومی که با وصله ی کامپوزیتی fml ترمیم شده اند، به روش اجزا محدود توسعه یافته (xfem) پرداخته شده است. قطعات با نرم افزار abaqus 6.11 شبیه سازی شده و نتایج بدست آمده از این تحلیل با داده های عددی که از روش اجزا محدود (fem) و با نرم افزار abaqus 6.10 و همچنین با داده های تجربی بدست آمده از تست های تجربی و آزمایشگاهی انجام شده روی قطعات، مقایسه شده است. در این پژوهش برای آنکه بتوان هم از مزایای روش اجزاء محدود و هم از روش بدون مش بهره جست از روش اجزاء محدود توسعه یافته استفاده شده است. در این روش بدون آنکه ناپیوستگی به طور آشکار مدلسازی گردد، در مش بندی اجزاء محدود مدلسازی می گردد. با این کار می توان به قابلیت هایی نظیر افزایش سرعت همگرایی، ردیابی انتشار ترک، پرهیز از بازیابی مش بندی، ساده سازی مشکلات موجود در مدلسازی هندسه ترک اعم از نوک ترک و سطوح ترک و کاهش درجات آزادی اضافی در اثر افزایش تعداد المان ها دست یافت. تمام این مزیت ها سبب می شود که این روش بعنوان یک روش توانمند مدلسازی برای مسائل شامل ناپیوستگی مطرح گردد که می تواند مشکلات در سایر روش ها را برطرف سازد. همچنین در این پژوهش به بررسی پارامترهای موثر در رشد ترک خستگی از قبیل: زاویه ترک اولیه، عرض وصله و چیدمان لایه ها در وصله پرداخته شده است. نتایج این پژوهش نشان دهنده افزایش چشمگیر عمر قطعات تعمیر شده با این وصله در مقایسه با قطعات بدون وصله است. در این پژوهش برای اولین بار به بررسی عددی رشد ترک خستگی در قطعات ترکدار آلومینیومی که با وصله ی کامپوزیتی fml ترمیم شده اند، به روش اجزا محدود توسعه یافته (xfem) پرداخته شده است. قطعات با نرم افزار abaqus 6.11 شبیه سازی شده و نتایج بدست آمده از این تحلیل با داده های عددی که از روش اجزا محدود (fem) و با نرم افزار abaqus 6.10 و همچنین با داده های تجربی بدست آمده از تست های تجربی و آزمایشگاهی انجام شده روی قطعات، مقایسه شده است. در این پژوهش برای آنکه بتوان هم از مزایای روش اجزاء محدود و هم از روش بدون مش بهره جست از روش اجزاء محدود توسعه یافته استفاده شده است. در این روش بدون آنکه ناپیوستگی به طور آشکار مدلسازی گردد، در مش بندی اجزاء محدود مدلسازی می گردد. با این کار می توان به قابلیت هایی نظیر افزایش سرعت همگرایی، ردیابی انتشار ترک، پرهیز از بازیابی مش بندی، ساده سازی مشکلات موجود در مدلسازی هندسه ترک اعم از نوک ترک و سطوح ترک و کاهش درجات آزادی اضافی در اثر افزایش تعداد المان ها دست یافت. تمام این مزیت ها سبب می شود که این روش بعنوان یک روش توانمند مدلسازی برای مسائل شامل ناپیوستگی مطرح گردد که می تواند مشکلات در سایر روش ها را برطرف سازد. همچنین در این پژوهش به بررسی پارامترهای موثر در رشد ترک خستگی از قبیل: زاویه ترک اولیه، عرض وصله و چیدمان لایه ها در وصله پرداخته شده است. نتایج این پژوهش نشان دهنده افزایش چشمگیر عمر قطعات تعمیر شده با این وصله در مقایسه با قطعات بدون وصله است.