مطالعاتی که تاکنون در زمینه ی انبساط سرد منتشر شده اند همگی بر روی ورق های با سوراخ باز انجام شده اند. این در حالی است که انبساط سرد در عمل برای اتصالات پیچی و پرچی به کار می رود که رفتار متفاوتی در مقایسه با اتصالات با سوراخ باز دارند. در این پایان نامه سعی شده است تا رفتار خستگی ورق سوراخ دار انبساط سرد شده پس از بستن پیچ و مهره مورد مطالعه قرار بگیرد. برای این منظور از تست های خستگی و شبیه سازی عددی استفاده شده است. این پژوهش بر روی ورق های سوراخ داری از جنس آلیاژ آلومینیوم 7075-t6 انجام شده است که تحت انبساط سرد با نسبت تداخل اسمی 4 درصد قرار گرفته اند و سپس به وسیله ی پیچ و مهره فولادی با سه گشتاور مختلف بسته شده اند. تست های خستگی شامل ورق های با سوراخ انبساط سرد شده ی باز و ورق های ساده ای که تحت هیچ عملیاتی قرار نگرفته اند نیز می باشد. هدف از این آزمایش ها بررسی تاثیر نیروی فشاری پیچ و مهره بر روی عمرخستگی و نحوه ی ایجاد و رشد ترک خستگی می باشد. علاوه بر این خستگی سایشی مابین واشر و ورق انبساط سر شده نیز مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج برآمده از تست های خستگی و بررسی مقاطع شکست و سطوح ساییده شده نشان می دهد که بستن پیچ و مهره سبب بهبود عمر بیش تر ورق های انبساط سرد شده می شود ولی به دلیل سایش مابین واشر و ورق نوع واماندگی خستگی در برخی از نمونه های آزمایشی که تحت شرایط بارگذاری خاصی قرار گرفته اند از واماندگی خستگی ناشی از ناچ (سوراخ) به واماندگی خستگی ناشی از سایشی تغییر می کند. به منظور بررسی بیش تر این مسئله، سری دیگری از نمونه های آزمایشی به تست های خستگی افزوده شدند که در آن ها از اصطکاک مابین واشر و ورق انبساط سرد شده با استفاده روغن کاری کاسته شده و در نتیجه امکان خستگی سایشی کم شده است. نتایج نشان می دهد که در غیاب عامل خستگی سایشی نوع واماندگی و نحوه ی ایجاد و رشد ترک خستگی نمونه های انبساط سرد شده ای که با پیچ و مهره بسته شده اند مشابه نمونه های انبساط سرد شده ی با سوراخ باز می باشد. برای توجیه مشاهدات تجربی از شبیه سازی عددی کامل عملیات انبساط سرد، بستن پیچ و مهره و بارگذاری سیکلی استفاده شده است. شبیه سازی عددی در محیط نرم افزار المان محدود ansys انجام شده است. برای اعتبار سنجی مدل المان محدود از مقایسه ی نتایج آن با نتایج برآمده از حل تحلیلی و همچنین مقایسه ی اندازه ی سطوح ساییده شده و سطح تماس پیش بینی شده در المان محدود استفاده شده است. نتایج مستخرج نشان می دهد که کاهش همزمان میانگین و دامنه ی تنش های محلی مهمترین عامل بهبود عمر مشاهده شده در ورق های انبساط سرد شده که با پیچ و مهره بسته شده اند، می باشد. کاهش میانگین تنش های محلی به دلیل افزایش مقادیر فشاری میدان تنش پسماند می باشد و کاهش دامنه ی تنش های محلی به خاطر وجود تماس اصطکاکی مابین واشر و ورق اتفاق افتاده است. تماس اصطکاکی همچنین به عنوان عامل خستگی سایشی و تغییر وضعیت واماندگی شناسایی شده است که تحت شرایط بارگذاری خاص منجر به جابه جایی محل تمرکز تنش از لبه ی سوراخ و در نتیجه تغییر موقعیت محل ایجاد ترک خستگی می شود. در ورق هایی که از واشر روغن کاری شده استفاده شده است، به دلیل کاهش تماس اصطکاکی، دامنه ی تنش های محلی تغییر نکرده و جابه جایی محل تمرکز تنش نیز اتفاق نمی افتد.

رفتار مکانیکی پیرامون انتهای ترک و ضرایب شدت تنش بحرانی در نوک ترک از فاکتور های مهمی هستند که باید در شبیه سازی و طراحی قطعاتی که دارای شکاف ذاتی یا احتمال ایجاد ترک در آنها وجود دارد، مورد توجه قرار گیرند. در این مطالعه تأثیر نیروی پیش بار پیچ و مهره بر روی مکانیزم شکست مود مرکب pmma بر مبنای آزمایش آرکان به روش تجربی و عددی مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به شکل خاص فیکسچر اصلاح شده آرکان، بوسیله این آزمایش امکان بدست آوردن نسبت مود های مختلف از طریق اعمال نیرو تحت زوایای مختلف و استفاده از یک شکل نمونه برای بدست آوردن تمامی پارامتر های شکست در حالت مود یک، مود دو و مود مرکب بسیار آسان است. دستیابی به نسبت مود های مختلف یک و دو، از طریق تغییر زاویه بارگذاری بین صفر تا 90 درجه امکان پذیر است. در این پایان نامه ابتدا ارتباط بین گشتاور پیچشی اعمالی به مهره و نیروی پیش بار با استفاده از کرنش های فشاری محوری ایجاد شده در یک بوش فولادی که بین مهره و ورق قرارگرفته، بدست آمده است، سپس سه سری تست عملی برای هر کدام از طول ترک های جانبی با اعمال نیروی کششی استاتیکی در راستاهای مختلف برای ایجاد مود خالص یک، مود خالص دو و مود ترکیبی شکست بر روی نمونه های مستطیل شکل که دارای ترک جانبی بوده و سوراخ اتصال در فاصله مشخص از انتهای ترک ایجاد گشته، انجام شده است. یک سری از این تست ها در حالت ترک دار ساده (simple crack) و دو سری دیگر در حضور پیچ و مهره مونتاژ شده با دو مقدار گشتاور مشخص انجام شده تا تأثیر عملی اعمال نیروی پیش بار پیچ و مهره بر مقاومت باقیمانده نمونه ها بدست آید. سپس نمونه و دستگاه اصلاح شده آرکان با استفاده از نرم افزار المان محدود ansys شبیه سازی شده و در شرایط مشابه تست های عملی تحت زوایای بارگذاری مختلف از صفر تا 90 درجه به نسبت هر 15 درجه، برای بدست آوردن ضرایب شدت تنش بی بعد در حالت های مود کششی خالص، برشی خالص و مرکب قرار گرفته است، که در نهایت فاکتور شدت تنش بی بعد موثر حاصل از این سه حالت با هم مقایسه شده اند تا اثر پدیده clamping روی این فاکتور مشخص شود. در انتها نتایج به دست آمده از تست های عملی و تحلیل های نرم افزاری حاکی از تأثیر قابل توجه نیروی clamping در کاهش فاکتور شدت تنش بی بعد موثر در مود های مختلف شکست و یا افزایش مقدار مقاومت باقیمانده در حالت بارگذاری مود مرکب در نمونه ها می باشد، که در نتیجه قطعه قابلیت تحمل بارهای کششی بیشتری را داشته و به عبارت دیگر در مقادیر بیشتری از بار اعمالی به قطعه، فاکتور شدت تنش موثر به حد بحرانی شکست می رسد.

در این پایان نامه با استفاده از الگوریتم بازگشت شعاعی پروسه تداخل اتصال دو لبه برش در ناحیه الاستیک-پلاستیک مورد بررسی قرار گرفته، برای این منظور کدنویسی با زبان برنامه نویسی فرترن صورت گرفته است. این کد از مدل های سخت شوندگی سینماتیکی جدیدی که در نرم افزارهای تجاری المان محدود موجود نیست برای شبیه سازی رفتار الاستیک- پلاستیک مواد استفاده می کند و بنابراین در بارگذاری متناوب قادر به شبیه سازی دقیق تر رفتار تنش/کرنش ماده نسبت به انسیس و آباکوس می باشد. برای پیش بینی بهتر پروسه‎ ی تداخل یک المان تماسی جدید ارائه گردیده است که از لحاظ دقت و کارایی بسیار پیشرفته تر از الگوریتم های موجود در نسخه های کنونی نرم افزارهای تجاری انسیس و آباکوس است. شایان ذکر است تحلیل عددی تماس دو جسم یکی از مشکل ترین مباحث در المان محدود غیر خطی است به نحوی که بسیاری از نرم افزارهای غیرتجاری چنین قابلیتی ندارند. با استفاده از نرم افزار نوشته شده در این پایان نامه به مدل سازی عددی برخی از روش های افزایش عمر موسوم به ایجاد تنش پسماند و پیش تنش پرداخته شده است. ابتدا با استفاده از یک مدل سه بعدی به شبیه سازی توزیع تنش های پسماند ناشی از پروسه تداخل در یک صفحه سوراخ دار و توزیع مجدد (آزاد شدن) آن ها تحت بارگذاری متناوب پرداخته شده است. برای شبیه سازی دقیق تر رفتار تنش/کرنش در بارگذاری متناوب از دو مدل سخت شوندگی سینماتیک غیرخطی چابوکه، باری- حسن استفاده شده اند. مقایسه نتایج حاصل با نتایج تجربی نشان می دهد که مدل باری-حسن تنش های پسماند را در نزدیکی سوراخ بهتر پیش بینی می کند و مدل های سخت شوندگی سینماتیک آزاد شدن تنش را نشان می دهند. نتایج نشان می دهند که پروسه تداخل بخودی خود دامنه تنش را کاهش می دهد، مخصوصا برای بارگذاری های بزرگ که برای شکست خستگی مستعد هستند. این امر باعث افزایش عمر قطعات تداخل شده می گردد، این کاهش دامنه نه تنها در سیکل اول بلکه در سیکل های بعدی نیز ادامه می یابد. پلاستیسیته ی سیکلی به دلیل پیش بینی کردن تنش ها تا چندین سیکل دید بهتری از تنش ها بدست می دهد، داده های شبیه سازی نشان می دهد که تنش ها در چند سیکل اول تغییرات زیادی می کند، لذا تخمین عمر با استفاده از این امر نتایج را بهبود خواهد داد. نتایج نشان می دهد بیشترین مقدار واهلش تنش در بارگذاری یکسان برای تداخل های بالاتر و همچنین برای تداخل یکسان برای بارگذاری های بزرگتر رخ می دهد. برای تایید صحت کارایی مدل ها و برنامه، تست هایی روی نمونه ساده شده ای از اتصال دو لبه برش انجام گرفته است. این نمونه از ورق سوراخ داری از جنس آلیاژ آلومینیوم2024-t3 al-alloy به ابعاد کلی 18 در 150 میلیمتر و سوراخ هایی به قطر نامی 81/? و? ?63/? میلیمتر برای تداخل های 5/1 و 7/4 درصد تهیه شده است. برای هر نمونه یک کرنش سنج در جهت طولی نمونه (جهت بارگذاری سیکلی) در فاصله 5/1 میلی متری سوراخ نصب شده و پین ها داخل سوراخها جا زده می شوند. در نهایت نمونه دارای پین، تحت دو مورد بارسیکلی با نیروی ماکزیمم (kn 16 ،12) به ترتیب معادل تنش (mpa 277، 208 ) و نیروی مینیمم صفر قرار می گیرد و کرنش ها در سیکل های خاصی ثبت می گردد. نتایج نشان می دهد که برای 5/1% و 7/4% تداخل یک کرنش مماسی مثبت در فواصل ذکر شده ایجاد می شود که با افزایش درصد تداخل از 5/1% به 7/4% مقدار اولیه این کرنش زیادتر شده است و همچنین در سیکل-های اولیه نرخ افزایش یا آزاد شدن(کاسته شدن) کرنش زیادتر است و با افزایش تعداد سیکل ها این نرخ کاهش یافته و به حالت اشباع می رسد. در پایان نتایج تجربی و نتایج عددی انباشتگی کرنش بر حسب تعداد سیکل ها با هم مقایسه گردیده است. نتایج تجربی نیز نتایج عددی کد نوشته شده را تایید می کنند و هر دو روش از تطابق قابل قبولی برخوردارند.??????????????

هدف کلی در این پایان نامه مطالعه اثر نیروی محوری پیچ بر روی عمر خستگی اتصالات مرکب(پیچ-چسب) دو لبه برشی به روش تجربی و عددی می باشد. در قسمت تجربی این تحقیق صفحات اتصالی از جنس آلیاژ آلومینیوم 2024-t3 که یکی از مواد پرمصرف در صنایع هوافضا می باشد با استفاده از پیچ و مهره فولادی و چسب مخصوص مونتاژ گردیدند. چسب مورد استفاده در این تحقیق، چسب loctite 3421 می باشد که دارای مقاومت بالایی است. سپس به منظور بدست آوردن منحنی تنش-عمر و بررسی تاثیر نیروی پیش بار پیچ بر روی عمر خستگی صفحات اتصالی، نمونه هایی که به هر کدام نیروی پیش بار مختلف ناشی از گشتاور سفت کردن پیچ اعمال شده، تهیه و در دستگاه تست خستگی برای بارهای کششی مختلف مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج بدست آمده از آزمایشات خستگی نشان داد که افزایش گشتاور سفت کننده باعث بهبود عمر در اتصالات ساده و مرکب می گردد، همچنین مشخص گردید که نمونه های مرکب دارای عمر خستگی بیشتری نسبت به اتصالات ساده می باشند. علاوه بر تعیین عمر به روش تجربی، به منظور تعیین نحوه توزیع تنش و کرنش ناشی از نیروی پیش بار پیچ و بارهای کششی اعمالی در اتصالات از روش عددی به کمک نرم افزارهای تحلیل المان محدود استفاده شد. پس از انجام تحلیل های المان محدود از روش حجمی برای تخمین عمر خستگی اتصالات استفاده گردید. در پایان از چندین معیار چند محوری به منظور تخمین عمر خستگی در حضور بارگذاری چند محوری برای مقایسه نتایج استفاده گردید.

یکی از اتصالات مهم در صنایع هوافضا، اتصال از طریق پیچ و مهره می باشد. این نوع اتصال بر خلاف اتصال دایم توسط جوش و لحیم و .... ، اتصال جداشدنی بوده و اعضای اتصال در آن به راحتی می توانند با باز نمودن پیچ و مهره از هم جدا شوند. این جدایش کمکی اساسی برای تعویض وتعمیر قطعات یا اعضای اتصال می کند. علاوه بر این با توجه به نتایج خستگی ،این نوع اتصالات دارای مقاومت خستگی مناسب می باشند؛ ولی وجود سوراخ در این نوع اتصالات که باعث تمرکز تنش و کرنش می شود تا حدودی عمر خستگی را کاهش می دهد. لذا جهت جبران کاهش عمر خستگی قطعات می توان در پیچ و مهره نیروی پیش بار ایجاد نمود که باعث فشرده شدن اعضای اتصال نسبت به هم و ایجاد تنش های فشاری حول سوراخ شده و در نتیجه اثر مثبت بر روی افزایش عمر قطعات اتصال خواهد داشت. یکی از موضوعاتی که هنوز ابعاد آن مشخص نیست اثر نیروی پیش بار در گسترش ترک خستگی می باشد. لذا هدف از این پایان¬نامه، آنالیز و بررسی اثر پیش بار بر خستگی از طریق روش های عددی و مقایسه ی نتایج به دست آمده با نتایج تجربی در ادبیات فن می باشد .

چکیده ندارد.