بررسی رشد ترک در لوله های زانویی از جنس فولاد کربن تحت اثر خمش دینامیکی

در این پژوهش با مطالعه مفاهیم مکانیک شکست و ملاحظه تخمین رشد ترک در ساختار مواد نرم از طریق بار حد مجاز، نرخ رشد ترک در یک لوله زانویی استاندارد از جنس فولاد کربنی تحت اثر گشتاور خمشی باز و بسته مورد بررسی قرار می گیرد، این تحقیق به رشد ترک در لوله های زانویی با هندسه های مختلف به روش المان محدود می پردازد. زانویی های که در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفته اند از لحاظ هندسی به سه دسته تقسیم می شوند. نوع اول این زانویی ها، زانویی با ترک محیطی بر روی قوس داخلی آن می باشد که این نوع زانویی تحت بارگذاری خمش صفحه ای باز قرار می گیرد. نوع دوم، زانویی با ترک محیطی بر روی قوس خارجی آن می باشد که این نوع زانویی تحت بارگذاری خمش صفحه ای بسته قرار می گیرد. نوع سوم، زانویی با ترک محوری بر روی سطح پهلویی زانویی می باشد که این نوع زانویی تحت هر دو بارگذاری خمش صفحه ای بسته و باز قرار می گیرد. در ادامه با فرض یک پیش ترک اولیه بر روی قوسی درونی، بیرونی یا شعاع محوری، لوله های زانویی از جنس فولاد کربن تحت بارگذاری گشتاور خمشی باز و بسته قرار می گیرد. در نهایت نرخ رشد ترک در لوله های زانویی محاسبه و حداکثر گشتاور ترک مجاز و همچنین حداکثر گشتاور ترک شکست اندازه گیری می شود. نتایج حاصل از شبیه سازی رشد ترک به روش عددی، با نتایج تجربی مقایسه می شود. همانطور که انتظار می رفت یک سختی و استحکام بیشتر درست قبل از وقوع بار بیشینه رخ می دهد که به دلیل ثابت فرض شدن نوک یا ترک ساکن بدون در نظر گرفتن رشد ترک می باشد. مشاهده می شود که نتایج تجربی و تحلیل عددی بسیار به هم نزدیک بوده و در زانویی های تحت گشتاور خمشی بسته مقادیر جابجایی برای رسیدن به بار شکست کمتر از مقادیر لازم برای زانویی ها تحت گشتاور خمشی باز لازم می باشد. در نهایت یک نمونه زانویی را در نرم افزار تحلیل تنش آباکوس تحت بارگذاری سیکل کم چرخه قرار می دهیم. در روش تحلیل المان محدود با انتخاب تعداد بیشتر و المان های کوچکتر در اطراف ترک و همچنین انتخاب مش های اطراف ترک با شکل های دایروی یا بیضوی، نتایج بدست آمده تطابق بیشتری با نتایج تجربی ارائه داد.