لوله های تحت فشار داخلی یکی از اجزای بحرانی در مبدل های حرارتی نظیر ری هیتر بویلرها محسوب می شوند. این لوله ها تحت مکانیزم های خزش و خوردگی سمت آتش قرار دارند که منجر به زوال و ازکارافتادگی بعضی از آنها می شوند. ارزیابی احتمال ازکارافتادگی و عمر باقیمانده قطعاتی مانند لوله های بویلر به دلیل مسائل اقتصادی و ایمنی از اهمیت زیادی برخوردار است. عمر باقیمانده این لوله ها را می توان با استفاده از روش های مختلفی نظیر روش های محاسباتی، روش های مخرب و غیرمخرب به دست آورد، ولی در کل با توجه به عدم قطعیت موجود در داده ها، تئوری ها و پارامترهایی چون خواص مواد، هندسه، بارگذاری، تلرانس های ساخت و شرایط کاری، روش های ذکر شده در فوق در ارزیابی عمر دقت کافی را نخواهند داشت. در این رساله احتمال ازکارافتادگی لوله-های ری هیتر یک نیروگاه بخار با استفاده از روش های آنالیز قابلیت اطمینان سازه ای نظیر روش های قابلیت اطمینان مرتبه اول ، دوم ، شبیه سازی مونت کارلو و نمونه برداری با اهمیت ، بر اساس تست های انجام شده در محل لوله ها (داده های آماری) و انتخاب یک تابع حالت حدی مناسب (مدل مکانیکی) انجام شده است. همچنین عمر باقیمانده آنها نیز با استفاده از آنالیز توزیع تابع حالت حدی بر اساس mcs در سطوح مختلف قابلیت اطمینان به دست آمده است. معیاری که به این منظور استفاده شده است، یک مدل عمر خزشی همراه با خوردگی با در نظر گرفتن عدم قطعیت ها می باشد. علاوه بر این یک بسته نرم افزاری با نام rala به زبان matlab نوشته شده است که تخمین عمر باقیمانده و احتمال ازکارافتادگی لوله ها را انجام می دهد. نتایج نشان می دهند که برای مقادیر احتمال ازکارافتادگی کم، همگرایی کُند یک مشکل mcs است. همچنین در موارد بررسی شده، form و sorm در ارزیابی احتمال ازکارافتادگی جواب هایی نزدیک به جواب های شبیه سازی ها دارند. از روش های آنالیز ارائه شده می توان در ارزیابی عمر باقیمانده و آنالیز قابلیت اطمینان لوله های بویلرها استفاده کرد که متعاقباً می توان از نتایج آنها جهت برنامه ریزی های اقتصادی و زمانی در بازرسی های دوره ای آتی بهره برد که منجر به صرفه جویی در هزینه ها و عملکرد بهتر سیستم خواهد شد.

به علت اثرات قابل توجه تنش های پسماند بر کارآیی و عمر سازه های مهندسی، این تنش ها در بررسی های مربوط به تحمل پذیری وجود عیوب بویژه ترک ها مد نظر قرار میگیرند. در صورتی که اطلاعات مناسبی راجع به بزرگی و توزیع تنشهای پسماند در دسترس نباشد، نتایج حاصل از آنالیزهای مهندسی قابل اعتماد نبوده و از دیدگاه ایمنی انسانی و دیدگاه اقتصادی مشکلات احتمالی زیادی ایجاد میگردد. به دلیل اهمیت این نوع تنشها در ترکیب با بار های خارجی در طراحی و تخمین عمر سازه های مهندسی، تحلیل و شناخت ماهیت این نوع تنشها در علم مهندسی از جایگاه ویژه ای برخوردار است. همین امر و همچنین عدم وجود اطلاعات و قوانین کلی برای تعیین اندازه و ماهیت دقیق آن بسیاری از پژوهشگران را بر آن داشته است که در این زمینه به مطالعه و پژوهش بپردازند. از جمله زمینه های مورد توجه در این حوزه، اندازه گیری تنشهای پسماند است. برای اندازه گیری تنش های پسماند روش های متنوعی مورد استفاده میباشد که برخی از آنها مبتنی بر آزاد کردن مکانیکی تنش و بررسی تغییرات میدان کرنش میباشد. در این پروژه ابتدا اصول تئوری تکنیک ring-core برای محاسبه تنش های پسماند ارائه شده و سپس روابط لازم برای محاسبه تنش های پسماند غیر یکنواخت در ضخامت یک قطعه با رفتار الاستیک خطی به روش انتگرالی استخراج شده است. در ادامه روش محاسبه ضرایب مورد استفاده در محاسبه تنش تشریح می شود.بعلاوه قابلیت روش برای اندازه گیری تنشهای پسماند بزرگ و نزدیک تنش تسلیم مواد بررسی و نحوه تصحیح نتایج نیز مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که این روش برای اندازه گیری تنشهای پسماند بزرگ در یک بازه مشخص مناسب بوده و دقت قابل قبولی بدست می دهد.

فرآیند جوشکاری مقاومتی نقطه ای، متداولترین روش برای اتصالات ورق های فولادی کم ضخامت می باشد. به طور متوسط در هر خودرو بیش از 5000 نقطه جوش وجود دارد. در فرآیند جوشکاری مقاومتی نقطه ای به دلیل وجود مقاومت تماسی الکتریکی، در ناحیه تماس ورق ها حرارت قابل توجهی تولید شده که به کمک فشار الکترود باعث اتصال دو ورق می شود. به دلیل توزیع غیر یکنواخت دما، تغییر خصوصیات ورق ها با دما و همچنین وجود فشار الکترود، در پایان جوشکاری شاهد حضور تنش های پسماند در ورق ها خواهیم بود. تنش های پسماند بر روی خصوصیات مکانیکی به ویژه خستگی تاثیر گذار هستند. به دلیل حضور بارهای دینامیکی و میدان های تنش پسماند در اتصالات نقطه جوش که به طور گسترده در وسایل نقلیه استفاده می شوند، اطلاع درست و کافی از کیفیت و بزرگی میدان های تنش پسماند برای پیشبینی عمر خستگی، ضروری می باشد. در این مطالعه ابتدا فرآیند جوش مقاومتی نقطه ای برای نمونه h شکل به منظور تعیین ابعاد دگمه جوش و توزیع تنش های پسماند، به وسیله یک مدل اجزا محدود سه بعدی در نرم افزار ansys مدل سازی شده است. در فرآیند جوشکاری مقاومتی نقطه ای، به ترتیب از روش های کوپل مستقیم و غیرمستقیم برای شبیه سازی میدان الکتریکی-حرارتی و حرارتی-مکانیکی استفاده شده است. نتایج نشان می دهند که بین ابعاد دگمه جوش به دست آمده از اندازه گیری تجربی و مدل اجزا محدود مطابقت خوبی وجود دارد. توزیع تنش های پسماند در ناحیه دگمه جوش کششی بوده در حالی که، با نزدیک شدن به لبه ی ورق ها سطح تنش های پسماند کششی کاهش می یابد. در پایان فرآیند جوشکاری مدل المان محدود را جهت تست خستگی تحت بارگذاری برشی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند سطح تنش های پسماند کششی در ناحیه دگمه جوش کاهش یافته است. پس از بارگذاری برشی، مدل اجزا محدود به نرم افزار femfat فرستاده می شود تا تحلیل خستگی اتصال نقطه جوش با در نظر گرفتن اثر تنش های پسماند صورت بگیرد. بین نتایج تجربی و عددی مربوط به عمر خستگی اتصال نقطه جوش مقاومتی در نمونه h شکل مطابقت خوبی ملاحظه می شود. برای بررسی تاثیر پارامترهای اصلی جوشکاری مقاومتی نقطه ای بر روی ابعاد دگمه جوش و توزیع تنش های پسماند یک مدل اجزا محدود متقارن دوبعدی در نرم افزار ansys بسط داده شده است. نتایج تجربی و عددی نشان می دهند که با افزایش زمان و جریان جوشکاری نرخ افزایش ابعاد دگمه جوش کاهش می یابد. با افزایش جریان جوشکاری به دلیل افزایش نرخ حرارت تولیدی، سطح تنش های پسماند کششی افزایش می یابد. همچنین با افزایش زمان جوشکاری سطح تنش های پسماند کششی کاهش می یابد زیرا منطقه دگمه جوش فرصت بیشتری برای تبادل حرارت با نواحی اطراف خود خواهد داشت. افزایش نیروی الکترود نیز باعث کاهش سطح تنش های پسماند کششی در ناحیه دگمه جوش می شود.

ساچمه زنی یکی از فرآیند های اعمال کار سرد است که با ایجاد تنش پسماند فشاری سطحی عامل افزایش عمر خستگی و بهبود مقاومت در برابر خوردگی می باشد. هزینه پایین و سهولت استفاده بر روی قطعات ساخته شده باعث گردیده تا ساچمه زنی همچنان دارای استفاده روز افزون در صنعت باشد. آنچه در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته چگونگی شکل گیری تنشهای پسماند بعد از برخورد ساچمه برروی جسم دارای پیش تنش می باشد. ساچمه در برخورد با سطح یک حفره ایجاد می کند که دارای تغییر شکل پلاستیک است و همین تغییر شکل عامل اصلی ایجاد تنش پسماند می باشد. توزیع و بزرگی تنش پسماند حاصل از برخورد ساچمه می تواند تحت تأثیر پارامترهای فرآیند ساچمه زنی و تنشهای قبلی متغیر باشد. تنشهای پسماندی که قبل از ساچمه زنی روی سطح وجود دارند می توانند شامل تنشهای حاصل از اغلب فرآیند ساخت مثل شکل دهی و جوشکاری باشند. نتایج حاصل از این تحقیق می تواند راهنمایی برای پیش بینی بزرگی و توزیع تنش های حاصل از ساچمه زنی برروی سطح دارای تنش مانند سطح جوشکاری شده باشد. شبیه سازیهای انجام گرفته با نرم افزار المان محدود نمایانگر تأثیر اندک تنشهای اولیه بر روی بزرگی تنش حاصل از ساچمه زنی می باشد تا جایی که این تنشها در حدی قرار گیرند که توانایی گسترش منطقه پلاستیک حاصل از برخورد را ایجاد نمایند. نتایج شبیه سازی مقادیر بیشتر از 50% تنش تسلیم را موثر جلوه می دهد و مقادیر کمتر از آن را بی اثر می نمایاند.

در این پایان نامه به بررسی توزیع تنش های پسماند در جوشکاری اصطکاکی امتزاجی(fsw) فلزات غیر همجنس(مس-آلومینیوم) پرداخته شده است. برای بررسی موضوع ابتدا جوشکاری اصطکاکی امتزاجی و پارامترهای مربوط به آن و تحقیقات انجام شده درباره جوشکاری فلزات غیر همجنس مورد بررسی قرار گرفته است. یکی از پارامترهای مهم در ایجاد تنش های پسماند در جوشکاری و به ویژه در جوش اصطکاکی امتزاجی گرمای اعمال شده به قطعات حین جوشکاری می باشد. بنابراین توابع تولید گرمای بکار رفته در تحقیقات اخیر درباره تولید گرمای ناشی از اصطکاک در جوش اصطکاکی امتزاجی نیز مورد بررسی قرار گرفته است. سپس از بین توابع تولید گرمای مختلف و روش های مدلسازی مختلف ارائه شده کامل ترین تابع گرمایی که پارامترهای موثر در تولید گرمای جوش اصطکاکی امتزاجی را پوشش می دهد، برای مدلسازی تولید گرما انتخاب شده و با بررسی ها و آزمایشات تجربی به عمل آمده، بهبود یافته است. از تابع گرمایی بدست آمده برای مدلسازی تولید گرما توسط اصطکاک در مدل المان محدود جوش اصطکاکی امتزاجی استفاده شده است. سپس جوش اصطکاکی امتزاجی در دو حالت مدل شده و مورد بررسی قرار گرفته است یکی جوشکاری اصطکاکی امتزاجی آلیاژهای غیر هنجنس آلومینیوم و دیگری جوش اصطکاکی امتزاجی مس به آلومینیوم. بررسی انجام شده روی توزیع تنش های پسماند آلیاژهای غیر همجنس حاکی از این است که در این نوع از جوشکاری اصطکاکی امتزاجی اختلاف تنش تسلیم نقش مهمی در توزیع تنش های پسماند بیشینه بازی می کند بطوری که آلیاژی که تنش تسلیم بیشتری دارد تنش پسماند بیشتری نیز در حین جوشکاری تجربه می کند. برای جوشکاری فلزات غیر همجنس مس و آلومینیوم، ابتدا جوشکاری بصورت تجربی انجام شده و اندازه گیری دما نیز در حین جوشکاری انجام شده است. نتایج دمایی(تغییرات دما در دو نقطه در مدت انجام جوش اصطکاکی امتزاجی)بدست آمده از روش المان محدود با نتایج تجربی بدست آمده مورد ارزیابی قرار گرفته است. بررسی های انجام شده حاکی از این است که گرمای اعمال شده در سمت فلز مس بیشتر بوده و فلز مس بیشینه دمای بیشتری را نسبت به آلومینیوم تجربه می کند. تنش های پسماند حاصل در راستای خط جوش نیز در سمت فلز مس که ضریب انبساط حرارتی کمتری نسبت به آلومینیوم دارد از نوع فشاری بوده وتنش های کششی ایجاد شده در فلز آلومینیوم نیز از حد معمول بیشتر است. نتایج حاکی از این است که ضریب انبساط حرارتی نقش بسیار زیادی در شکل گیری تنش های پسماند در جوش اصطکاکی امتزاجی فلزات غیر همجنس، بازی می کند. در نهایت اثر تغییر پارامترهای جوشکاری روی توزیع تنش های پسماند جوشی طولی مورد بررسی قرار گرفته است و نتایج بدست آمده نشان میدهد که با افزایش سرعت پیشروی تنش های پسماند طولی بیشینه کاهش یافته و با افزایش سرعت دوران ابزار تنش های پسماند طولی بیشینه افزایش میابد.

در بخش ژورنال روتور توربین گازی به دلیل اختلال در سیستم روغن رسانی و تماس بین سطح روتور و یاتاقان در دور بالا و در نتیجه ایجاد اصطکاک، دمای روتور به شدت افزایش می یابد که منجر به از کار افتادن سیستم توربین می شود و با از کار افتادن سیستم، شفت سریعاً تا دمای محیط خنک می شود. این امر باعث تغییرات متالورژیکی و مکانیکی در ماده شفت شده و سختی آن به میزان زیادی افزایش می یابد. برای کاهش سختی موضعی تا حد مطلوب و حذف تنش های داخلی از عملیات حرارتی تمپرینگ استفاده می شود که باید پارامترهای آن همچون زمان و دمای عملیات به دقت تعیین شوند. برای این منظور از روش های متالورژیکی-تجربی و حل المان محدود استفاده می شود . در روابط متالوژیکی با استفاده از تغییرات سختی قبل و بعد از عملیات، دمای عملیات و از نمودار لارسون-میلر زمان تمپرینگ محاسبه شد. سیکل عملیات حرارتی در یک شرکت تعمیرات نیروگاهی اجرا شده است. آنالیز عددی سیکل عملیات حرارتی با فرض ماده الاستیک-کاملا پلاستیک جهت کاهش سختی تا حد 300 ویکرز مدل شده است. افزایش سختی برحسب تنش پسماند معادل سازی شده و به صورت شرایط اولیه تنشی در مناطق سخت شده که دارای تنش تسلیم بالاتری است، وارد شده است. در آزادسازی تنش های پسماند از بحث خزش استفاده شده است. در عملیات حرارتی فاکتور های زیادی از قبیل پایین بودن تنش تسلیم در دمای بالا و متغیر بودن آن نسبت به دما دخالت دارند. تغییرات تنش های پسماند موجود در ماده طی شبیه سازی به دست آمده است. نتایج دو روش تجربی و عددی تطابق خوبی با یکدیگر نشان دادند. حذف نواحی ترد و کاهش دامنه پراکندگی سختی در سطح ژورنال روتور از جمله نتایج این پروژه است.

در این مطالعه تاثیر خزش بر روی تنش های پس ماند در حین جوشکاری و بعد جوشکاری و بعد از عملیات حرارتی بررسی شده است . این منظور با استفاده از شبیه سازی این پدیده توسط نرم افزار ansys بدست ]مده است . نتایج شبیه سازی با نتایج تجربی که حاصل از اندازه گیری با روش استاندارد holl drilling می باشد مورد مقایسه قرار گرفته است . مطالعه روی پلیت فولادی inconel 718 و لوله های زنگ نزن 304 انجام شده است . رفتار خزشی در طول جوشکاری ظاهر نشد اما در طول فرایند پس گرم تاثیر زیادی روی نتایج داشت .

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

در هر فرآیند جوشکاری حرارت ورودی باعث تغییراتی در فلز پایه می شود که این امر منجر به ایجاد تنشهای پسماند و تغییر شکلهای ناخواسته می شود . این تغییر شکلها و تنشهای پسماند یکی از مهمترین مشکلات صنایع بزرگ مثل کشتی سازی می باشد . در حال حاضر مرسوم ترین روش در صنعت برای جلوگیری از این تغییر شکلها، استفاده از قیدوبندها حین عملیات جوشکاری است . اما استفاده از قیدوبندها باعث بیشتر شدن تنشهای پسماند می شود که این مشکل با توجه به محدودیت ضخامت در این صنایع به شدت محدودیت زاست . روش های دیگر مثل بهینه سازی ترتیب جوشکاری به صورت تجربی جهت ایجاد توزیع یکنواخت تر حرارت و حرارت دهی موضعی و یا چکش کاری بعد از پایان عملیات جوشکاری بسیار هزینه بر و وقتگیر می باشند . لذا شبیه سازی فرآیند جوشکاری می تواند جهت کاهش هزینه های قیدوبند و پیدا کردن ترتیب مناسب جوشکاری ، بکار گرفته شود و با بهینه کردن پارامترهای جوشی در مدل المان محدود از اعوجاج زیاد سازه ، پیشگیری کرد . هدف این پژوهش بکارگیری روش المان محدود جهت شبیه سازی فرآیند جوشکاری در قطعات سازه دو جداره تحتانی کشتی می باشد تا بتوان نوع و اندازه تغییرشکلهای جوشی را پیش بینی کرد و در نتیجه با اصلاح پارامترهای جوشی و ترتیب جوش دادن قطعات فرآیند جوشکاری را به گونه ای تعریف کرد که نتیجه آن ایجاد حداقل تغییرشکلها باشد . نتایج این پروژه تأیید دیگری بر مزایای شبیه سازی جوش می باشد. در جوشکاری همزمان با دو مشعل در یک قطعه تی شکل می توان فاصله را به گونه ای انتخاب کرد که حداقل اعوجاج حاصل شود همچنین انتخاب ترتیب مناسب جوشکاری، منجر به کاهش معتنابه تغییر شکل پیچشی قطعه تی شکل نسبت به مدل اولیه می شود .

جوشکاری لیزری تعادلی بین گرمایش و سرمایش در یک حجم مشخص از یک یا دو ماده جامد است که منجر به تشکیل ماده مذاب و انجماد آن می شود. مشخصه جوشکاری لیزری ایجاد ناحیه مذاب مایع بوسیله جذب اشعه لیزر است، که این اجازه رشد و گسترش حوضچه مذاب به درون ناحیه فصل مشترک جامد را داده و در نتیجه یک اتصال پیوسته میان اجزایی که متصل خواهند شد ایجاد می کند. توسعه ی لیزرهای با توان بالا و کنترل رباتیک، کاربرد جوشکاری لیزری را در صنایع خودروسازی، صنایع هوایی، کشتی سازی و بسیاری از صنایع تسریع کرده است. سرعت بسیار بالای فرآیند، وجود یک منبع حرارتی متمرکز و در نتیجه کوچک شدن ناحیه متاًثر از حرارت ( haz) و کاهش اعوجاج ایجاد شده در قطعات از مزایای این روش جوشکاری نسبت به روش های جوشکاری است. انتخاب مناسب پارامتر های ورودی یکی از مهمترین مسائل جهت دست یابی به جوش با کیفیت و کاهش تنش های پسماند است. در دهه های اخیر تحقیقات زیادی جهت کنترل پارامتر های جوشکاری جهت دست یابی به جوش با کیفیت و کاهش تنش های پسماند انجام گرفته است، ثابت شده تحلیل اجزاء محدود ابزاری مناسب جهت پیش بینی تنش-های پسماند و تغییر شکل ها در قطعات جوشکاری شده است. در این پایان نامه تحلیل اجزاء محدود جوشکاری لیزر به منظور مشخص شدن توزیع دمایی حین جوشکاری، تنش های پسماند و تغییر شکل های جوشی انجام گرفته و اثر تغییرات پارامتر های اثر گذار این نوع جوشکاری روی این پاسخ ها بررسی شده-است. به منظور دست یابی به این پاسخ ها از تحلیل الاستو پلاستیک استفاده شده است، همجنین تمام پدیده های فیزیکی مرتیط با جوشکاری لیزر از قبیل، از دست رفتن گرما از طریق تابش، رسانش و همرفت در نظر گرفته شده و خواص مکانیکی و ترمودینامیکی به صورت تابعی از دما بیان و نهایتاَ الگوریتم شبیه سازی به صورت کد در نرم افزارansys نوشته شده است، نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج حاصل از کار تجربی مشابه که توسط آقای لیو چوان و همکارانش انجام گرفته، مقایسه شد که تطابق خوبی را نشان می دهد. در نهایت تلاش شده با استفاده از تحلیل های آماری یک رایطه مناسب برای تنش-های پسماند و تغییر شکل ها به صورت تابعی از پارامتر های ورودی بدست آید. نتایج نشان می دهد که با افزایش قدرت لیزر، کاهش سرعت جوشکاری و کاهش شعاع کانونی اشعه لیزر، تنش های پسماند و تغییر شکل های جوشی افزایش می یابند.

در این تحقیق به منظور طراحی و هدایت آزمایشات از روش تاگوچی با آرایه l9 استفاده شد. چهار عامل فاصله پاشش، نسبت اکسیژن به سوخت، نرخ تغذیه پودر و سرعت حرکت تفنگ در نظر گرفته شد. دو سیستم hvof با سوخت نفت سفید و سوخت گازی بدین منظور به کار رفت. به منظور ارزیابی سرعت و دمای ذرات در فرآیند hvof از سیستم spraywatch استفاده شد. از ماشینکاری با تخلیه الکتریکی به منظور ایجاد سوراخ و کرنش سنجی و اندازه گیری تنش پسماند مطابق استاندارد astm e837 استفاده شد. از میکروسکوپ الکترونی روبشی به منظور بررسی مورفولوژی پودر و ریزساختار پوشش، از پراش پرتو ایکس به منظور بررسی فازهای پودر و میزان تجزیه کاربیدتنگستن در پوشش و اندازه گیری تنش پسماند استفاده شد. نتایج مطالعه حاضر بیانگر قابلیت روش غیرتماسی سوراخکاری با تخلیه الکتریکی در ارزیابی تنش پسماند در پوشش wc-co است. از اثرگذاری ویکرز به منظور بررسی چقرمگی شکست استفاده شد. تنش پسماند موجود در پوشش co12wc- اعمال شده به روش hvof با سوخت جت به صورت غیر یکنواخت و به جز در عمقی از پوشش که نزدیک به سطح است عمدتاً از نوع فشاری است. همچنین در سیستمhvof با سوخت نفت سفید، تنش فشاری در پوشش بیشتر از زمانی است که از سوخت گازی استفاده می شود. نتایج بررسی های آماری نیز نشان می دهد که فاصله پاشش و نسبت اکسیژن به سوخت بیشترین تأثیر را بر سرعت و دمای ذرات و به تبع آن تنش پسماند و ایجاد فازهای اکسیدی دارد. در سیستم hvof مورد استفاده، پوشش e5 با شرایط فاصله پاشش mm200، نسبت اکسیژن به سوخت 5/3 ، نرخ تغذیه پودر g/min 38 و سرعت حرکت تفنگm/s 1 می تواند بهترین خواص مکانیکی را در پوشش ایجاد نماید.

مطالعات انجام شده در مورد رفتار قطعات و سازه های صنعتی نشان میدهد تاثیر تنش های پسماند در این رابطه قابل چشم پوشی نیست. نتایج بررسی ها نشان داده است قطعات مشابه که دارای تنش های پسماند مختلف باشند در شرایط کاری یکسان از نظر استحکام استاتیکی و دینامیکی، خواص خوردگی و پایداری ابعادی رفتارهای مختلفی نشان میدهند. در این رساله به موضوع تنشهای پسماند جوشی از دیدگاه نحوه ایجاد، اندازه گیری و تخمین آن و نیز استحاله تنشهای پسماند در سازه ساخته شده پرداخته شده است. هدف این رساله کسب یک دید روشن، عمیق و تخصصی از بروز تنش های پسماند جوشی، اندازه گیری، محاسبه و استحاله این نوع تنش ها میباشد. فعالیت پژوهشی انجام شده در این رساله شامل بخش های تحلیلی، آنالیز عددی و انجام تست های تجربی میباشد و شامل موضوعات زیر میباشد. 1- استفاده از تکنیک کرنش سنجی سوراخ در اندازه گیری تنش های بزرگ و متغیر در ضخامت. 2- محاسبه تنش های پسماند ناشی از عملیات جوشکاری و تنش گیری حرارتی در اتصال جوشی از جنس فولاد زنگ نزن آستنیتی. طبق پژوهش های انجام شده نتایج اندازه گیری تنش های پسماند که بزرگتر از 60 % استحکام تسلیم باشند، بدلیل خطای تغییر شکل پلاستیک اطراف موضع اندازه گیری معتبر نمیباشد. در این رساله، با استفاده از آنالیز عددی و انجام تست های تجربی خطای روش استاندارد کرنش سنجی سوراخ در اندازه گیری تنش های بزرگ مورد بررسی قرار گرفته و یک روش برای حذف اثر خطای پلاستیک و تصحیح نتایج اندازه گیری ارائه شده است. با استفاده از روش ارائه شده در این رساله تکنیک کرنش سنجی سوراخ را میتوان برای اندازه گیری تنش های پسماند جوشی بزرگ یکنواخت در ضخامت مورد استفاده قرار داد. روش ارائه شده در مورد چند نمونه جوشی ساخته شده که دارای تنش های پسماند بزرگ بودند مورد استفاده قرار گرفت. در ادامه، اندازه گیری تنش های پسماند متغیر در ضخامت مورد توجه قرار گرفت و روابط مورد استفاده در محاسبه این نوع تنش ها استخراج گردید. در این قسمت با توسعه مدل های پارامتریک المان محدود برای تعیین ضرایب ثابت مورد نیاز، قابلیت استفاده از این تکنیک در اندازه گیری تنش های پسماند متغیر در ضخامت و یا در مورد موادی با خواص مکانیکی متغیر در ضخامت بدست آمده است. این روش در اندازه گیری تنش بر روی نمونه تحت بار خمشی که دارای تنش متغیر میباشد نتایج قابل قبولی ارائه داد. در بخش دیگری از این رساله، فرآیند عملیات تنش گیری حرارتی بر روی نمونه جوشی از فولاد زنگ نزن آستنیتی 304 کم کربن مورد توجه قرار گرفت که طی آن دما و زمان مناسب برای عملیات حرارتی تنش گیری فولاد مورد بررسی650 درجه سانتیگراد به مدت حداکثر 90 دقیقه تعیین شد. در ادامه با انجام تست های تجربی رفتار تنش-کرنش و آزاد شدن تنش در دمای مورد عملیات حرارتی مورد توجه قرار گرفت. ساخت نمونه تجربی اتصال جوشی و شبیه سازی عملیات جوشکاری و تنش گیری حرارتی آن قسمت بعدی از فعالیت پژوهشی در این رساله میباشد که با استفاده از کد ansys انجام گردید. در این قسمت از مدل سازی سه بعدی یک اتصال جوشی به همراه شرایط تکیه گاهی حین جوشکاری و تحلیل غیر کوپل استفاده گردید. نتایج بدست آمده از محاسبات المان محدود برای توزیع تنش با مقادیر اندازه گیری شده مقایسه شد که تطابق قابل قبولی نشان میدهد. از نتایج حاصله از این پژوهش میتوان در محاسبه و اندازه گیری تنش های پسماند جوشی سازه های مختلف استفاده نمود. امکان محاسبه و پیش بینی تغییرات تنش در حین عملیات حرارتی تنش گیری از دیگر نتایج این پژوهش میباشد. با استفاده از توانایی بدست آمده در این پژوهش بهینه سازی پارامترهای جوشکاری و عملیات حرارتی به منظور کاهش مشکلات احتمالی ممکن میباشد. علاوه بر فرآیند جوشکاری، نتایج این پژوهش در اندازه گیری تنش های پسماند ایجاد شده از سایر فرآیند های ساخت به عنوان یک معیار کنترل کیفیت نیز قابل استفاده میباشد.

جوشکاری مقاومتی نقطه ای پرکاربرد ترین روش اتصال ورق های با ضخامت کم می باشد و معمولا برای اتصال ورق هایی با ضخامت بین 5/0 تا 3 میلی متر بکار می رود. جوشکاری مقاومتی نقطه ای به دلیل سرعت بالای اجرا و قابلیت مکانیزه شدن دارای کاربرد وسیعی در صنایعی مانند خودروسازی و هوافضا می باشد در فرآیند جوشکاری مقاومتی نقطه ای به دلیل وجود مقاومت تماسی در برابر جریان الکتریکی، در ناحیه تماس ورق ها حرارت قابل توجهی تولید شده که به کمک فشار اعمالی الکترودها باعث اتصال دو ورق می شود. به دلیل تغییرات دمایی بالا و همچنین وجود فشار الکترود، در پایان جوشکاری شاهد حضور تنش های پسماند در ورق ها خواهیم بود. تنش های پسماند بر روی خصوصیات مکانیکی به ویژه خستگی تاثیر گذار هستند. به دلیل حضور بارهای دینامیکی و میدان های تنش پسماند در اتصالات نقطه جوش مقاومتی، اطلاع درست و کافی از ابعاد دگمه جوش وهمچنین کیفیت و بزرگی میدان های تنش پسماند برای پیش بینی رفتار مکانیکی ترک، ضروری می باشد. جریان جوشکاری، زمان جوشکاری و فشار الکترود سه پارامتر اصلی فرآیند جوشکاری مقاومتی نقطه ای بوده که بر روی ابعاد دگمه جوش و توزیع تنش های پسماند تاثیرگذار می باشند. پس از جوشکاری یک شیار بسیار باریک بین دو ورق شکل می گیرد که همین شیار می تواند مانند یک ترک عمل کرده و باعث شکست اتصال گردد. با توجه به اینکه در هر خودرو نزدیک به 5000 جوش مقاومتی نقطه ای وجود دارد، و در نظر گرفتن حفظ ایمنی سرنشین خودرو، لزوم توجه به رفتار مکانیکی این نوع اتصال آشکار می گردد. در این مطالعه مدل المان محدود دو بعدی و سه بعدی به صورت کوپل مستقیم الکتریکی- حرارتی و کوپل غیرمستقیم حرارتی- مکانیکی، به کمک نرم افزار ansys 14.0، به منظور تعیین بزرگی و نحوه توزیع تنش های پسماند در فرآیند جوشکاری مقاومتی نقطه ای ورق فولاد hc180y توسعه داده شده است. نتایج حاکی از آن است که توزیع تنش¬های پسماند شعاعی در ناحیه دکمه جوش، کششی بوده و با نزدیک شدن به لبه¬ی ورق¬ ها سطح تنش¬های پسماند کششی کاهش می¬یابد. بررسی اثر پارامترهای ولتاژ جوشکاری، زمان جوشکاری و فشار وارد بر الکترود، بر بزرگی و توزیع تنش های پسماند در مدل دو بعدی جوشکاری مقاومتی نقطه ای انجام شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که با افزایش ولتاژ و زمان جوشکاری سطح تنش¬های پسماند کششی کاهش و با افزایش فشار اعمالی بر الکترود سطح تنش¬های پسماند کششی افزایش می یابد. سپس مقدار ضریب شدت تنش اتصال نقطه جوش تحت بار کششی برشی در نرم افزار ansys 14.0 محاسبه شده و اثر پارامترهای ولتاژ جوشکاری، زمان جوشکاری و فشار وارد بر الکترود بر مقدار ضرایب شدت تنش بررسی شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که با افزایش ولتاژ و زمان جوشکاری مقدار ضرایب شدت تنش کاهش می یابد و با افزایش فشار وارد بر الکترود مقدار ضریب شدت تنش در مود اول افزایش و در مود دوم کاهش می یابد.

سختی به عنوان یک خصوصیت تاثیرگذار بر رفتار مکانیکی مواد وقطعات صنعتی مطرح است. روش های سختی سنجی موجود ، اغلب قادر به اندازه گیری سختی در سطح قطعه می باشند و در مورد بررسی تغییرات سختی در عمق یک قطعه کارآمد نمی باشند . بر اثر اغلب فرآیندهای سختی دهی و فرآیندهای ساخت ، سختی قطعه تا یک عمق مشخص تغییر می کند که این موضوع می تواند به عنوان معیاری از کنترل کیفیت قطعات ساخته شده مطرح گردد . تعیین میزان سختی موجود در سطح و تغییرات آن در عمق یک قطعه فولادی ، نتایج اصلی این پایان نامه می باشد. در این پروژه ابتدا موضوع انواع روش های اندازه گیری سختی و آخرین فعالیت های پژوهشی مربوط به موضوع ، بررسی شده است. در ادامه ، به مطالعه ارتباط بین نیروها و گشتاور ها با رفتار مکانیکی مواد در فرآیند سوراخکاری و اصول روش مورد نظر پرداخته شده است. طراحی و ساخت جیگ و فیکسچر مناسب برای مانیتور گشتاور و طراحی و ساخت نمونه های آزمایش با سختی معین و متغیر، از دیگر بخش های این پژوهش می باشد . در انتها با استفاده ازآزمایشات و مقایسه نتایج بدست آمده با مقادیر تجربی ، توانمندی پژوهش مورد ارزیابی قرار گرفته است . استفاده کنندگان از نتایج این پایان نامه ، علاوه بر مراکز دانشگاهی ، همه صنایع ساخت و تولید ،سازه ها و قطعات فلزی که تغییرات سختی برای آنها مهم می باشد ، ازاستفاده کنندگان این تحقیق می توان به مهندسی معکوس در صنایع اشاره کرد .