تاثیر تداخل توام با نیروی محوری پیچ و مهره بر عمر خستگی در اتصالات دو لبه برشی

تداخل و نیروی پیش بار توسط اعمال گشتاور اتصال پیچ و مهره جزو روشهای بهبود عمر خستگی اتصالات می باشند. این روشها هر یک به صورت مجزا موضوع مطالعه محققان متعددی بوده اند و نتایج مختلف و مفیدی گزارش شده است. از طرفی اتصالات high-tigue کاربردی در صنایع هوافضا قابلیت اعمال توام تداخل با نیروی پیش بار را دارند ولی مطالعات منسجم و کاملی در مورد تاثیر هم زمان این دو عامل انجام نشده است. در این پایان نامه اثرات توام تداخل و پیش بار بر روی استحکام خستگی اتصالات دو لبه پیچ و مهره مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور هم از روش تجربی و هم روش عددی استفاده شده است. نمونه مورد مطالعه اتصال دو لبه برشی ساخته شده از جنس آلیاژ آلومینیم 2024-t3 است که توسط یک اتصال پیچ و مهره دارای قابلیت اعمال تداخل به هم متصل شده اند. در روش تجربی با بدست آوردن ارتباط بین گشتاور اعمالی و نیروی پیش بار ایجاد شده در اتصال، نمونه های مختلف (با دو درصد مختلف تداخل و دو گشتاور مونتاژ) تحت بارگذاری خستگی با دامنه های مختلف قرار گرفته و تست ها تا مرحله گسیختگی نهایی ادامه پیدا کرده است. سپس مقاطع شکست و سطوح سایش مورد مطالعه قرار گرفته اند. نتایج بدست آمده از تست های تجربی نشان می دهند که افزایش مقدار درصد تداخل لزوما به افزایش عمر خستگی نمی انجامد. نتایج نشان داده اند که تاثیر توام این دو روش، علاوه بر مقدار درصد تداخل و گشتاور مونتاژ به دامنه بار اعمالی نیز وابسته می باشد. بررسی سطوح سایش و مقاطع شکست نشان می دهد که با تغییر دامنه بار اعمالی، محل ایجاد و شروع ترک تغییر کرده و حتی در مواردی مکانیزم تسلیم قطعه نیز تغییر می کند به نحوی که در دامنه بار پایین ترک از محلی دور از سوراخ و در اثر سایش سطوح تماسی شروع می شود که نشانه های بارز تغییر نوع گسیختگی از خستگی ساده به خستگی سایشی است. در مرحله شبیه سازی عددی به کمک نرم افزار المان محدود ansys تمامی مراحل تست های عملی یعنی عملیات تداخل، اعمال گشتاور و بارگذاری سیکلی شبیه سازی شده و توزیع تنش و کرنش در نقاط حساس اتصال استخراج شده است. مقایسه توزیع تنش محوری برای انواع مختلف نمونه ها در اطراف سوراخ تایید کننده نتایج تست خستگی و تاثیر تکنیک های بکار رفته بر عمر خستگی اتصال می باشد. همچنین بررسی های بیشتر توسط پارامترهای خستگی سایشی نشان دهنده محل وقوع سایش در قطعات تحت دامنه بار پایین می باشد. در مرحله عددی هم چنین سعی شده است تا به کمک معیارهای متفاوت خستگی چند محوری عمر خستگی قطعات تخمین زده شده و معیار مناسب مشخص شود. سپس در ادامه عمر رشد ترک توسط نرم افزار afgrow محاسبه شده که نتایج نشان می دهند که برای نمونه های تحت بار با دامنه پایین نسبت عمر رشد ترک به کل عمر خستگی کم می باشد در حالیکه برای قطعات تحت بار با دامنه بالا عمر رشد ترک تا نصف کل عمر خستگی افزایش می یابد.