جلسه دفاع رساله دکتری تخصصی در رشته مهندسی مکانیک گرایش طراحی کاربردی

 

عنوان:

 

بررسی اثر تغییر شکل‌های پلاستیک شدید بر پارامترهای شکست در مود ترکیبی

 

استاد راهنما:

دکتر رحمن سیفی

 

 

 

دانشجو:

محمدعلی کاظمی

 

تاریخ و محل برگزاری:

 

چهارشنبه 4 مهر 1397

 

    آمفی تئاتر دانشکده مهندسی

 

 

 

An investigation on the effects of severe plastic deformations on the mixed-mode fracture parameters

 

Supervisor:

 

Dr. Rahman seifi

 

 

 

By:

Mohammad Ali Kazemi

 

 

 

Date and Venue:

 

September 26, 2018

 

 

 

Wednesday, Engineering Department Amphitheater

 

 

 

 

 

چكيده:

در دنیای امروز برای رقابت بر سر تولید مواد با عملکرد بهتر، پایانی متصور نیست. تولید مواد UFG توسط فرآیندهای تغییر شکل پلاستیک شدید در سالیان اخیر مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. در عمل و در بسیاری از مواقع به علت پیچیدگی در هندسه یا بارگذاری، ترکیبی از بارهای کششی و برشی منجر به شکست قطعات ترک‌دار می‌شوند (شکست مود ترکیبی بازشدگی و لغزشی). از این رو مطالعه رفتار شکست مواد UFG در مود ترکیبی مهم و ضروری به نظر می‌رسد. در این پژوهش اثر تغییر شکل‌های پلاستیک شدید ناشی از فرآیند فشار در کانال‌های زاویه‌دار مساوی (ECAP) برای آلومینیوم 6063 و فرآیند نورد تجمعی انباشتی (ARB) برای مس خالص بر رشد ترک خستگی، خواص مکانیکی، بافت، زبری و استحکام شکست مود ترکیبی این مواد مورد مطالعه قرار گرفته است. اندازه متوسط دانه‌ها پس از فرآیند ECAP به کمتر از nm100 و پس از فرآیند ARB به nm280 رسید. تحلیل بافت فلز قبل و بعد از فرآیند بررسی و مقایسه شده است که نشان از تقویت بافت ماده پس از فرآیند SPD دارد. رشد ترک خستگی تحت بارهای با دامنه بار متفاوت و نسبت بار یکسان در نمونه‌های شکل‌دهی شده مطالعه شده و نتایج با حالت نمونه اولیه مقایسه شده است. مقادیر زبری پس از عبور اول فرآیندECAP  7 درصد کاهش یافته است و در 4 عبور بعدی 5 درصد کاهش داشته است. پس از فرآیند ECAP تنش تسلیم و نهائی به ترتیب 230 و 79 درصد افزایش یافتند. پس از عبور اول و چهارم افزایش طول در نمونه نسبت به ماده خام به ترتیب 34 و 58 درصد کاهش یافته است. نرخ رشد ترک خستگی در آلومینیوم 6063 پس از عبور اول فرآیند ECAP افزایش یافت. نرخ رشد ترک خستگی برای مس پس از فرآیند ARB کاهش یافت. ضرایب معادله پاریس قبل و بعد از فرآیند تغییر نمود اما برای دامنه بار‌های مختلف بدون تغییر باقی ماند. استحکام شکست پس از عبور اول فرآیند ECAP کاهش و در عبورهای بعدی افزایش یافت. مقدار استحکام شکست بحرانی مود ترکیبی کل پس از 5 عبور فرآیند ECAP برای زاویه بارگذاری 15 درجه که رفتاری شبیه مود اول دارد اندکی افزایش و برای زاویه 60 درجه کاهش یافته است. مشخص شد مقادیر استحکام شکست برای جهت‌های تعریف شده M و N به دلیل صفحات مشابه ترک نزدیک به یکدیگر و بیشتر از جهت L است. مقادیر استحکام شکست برای مس تا عبور سوم افزایش و در عبورهای بعدی کاهش یافت. مشاهده شد اثر جهت ساخت نمونه‌ها در آزمون‌های شکست و خستگی قابل صرف نظر کردن است. از میکروسکوپ نیروی اتمی برای محاسبه زبری استفاده شد. تصاویر SEM برای مطالعه سطوح شکست تهیه شدند. حفره‌های بزرگ قبل از فرآیندهای شکل‌دهی و حفره‌های کوچک‌تر و کم عمق‌تر پس از فرآیند مشاهده شدند.  

 

Abstract:

In this study, effects of crack plane orientation on the fatigue crack growth rate and fracture toughness for 6063 aluminum alloy deformed by equal channel angular pressing (ECAP) and pure Cu deformed by ARB were investigated. The ECAP process continued up to five passes without failure. Grain refinement was obvious after five passes of the ECAP process (less than 100nm) and 8 passes of ARB process (less than 280nm). Textural studies showed aligning the grains in known directions. After four passes, yield and ultimate strengths increase respectively from 90MPa and 209MPa to 300MPa and 375MPa and also reduction in elongation was observed. The roughness decreased after the process. The fatigue crack growth rate was investigated at different load ranges with the same load ratio for different orientations. The crack growth rate increased after one pass of the ECAP process. After five passes, the AA6063 shows a lower crack growth rate in compared with as-received material. The fracture toughness of mode I and mixed-mode for different orientations were measured. The results showed that the orientation has a significant effect on the fatigue crack growth and fracture toughness of the ECAPed samples. The fatigue life increased after 3 passes of ARB process (340%). The fatigue life increasment was obvious after 3 passes of ARB process in mixed-mode loading. The fracture surfaces were studied using scanning electron microscope (SEM) and refined equiaxed dimples were observed after the ECAP process.  

 

 

 

 

نام :  محمدعلی      نام خانوادگي: کاظمی           محل تولد: همدان                تاريخ تولد: 1366

 

محل صدور: همدان            وضعيت تاهل: متاهل                      

 

  پست الکترونيکي: m.a.kazemi87@gmail.com, m.a.kazemi@basu.ac.ir

 

 رشته تحصيلي ، محل تحصيل، سال فارغ التحصيلي :

 

 ديپلم: رياضي و فيزيک- دبيرستان شهید مدنی- 1383

 

 کارشناسي (دوره روزانه): مهندسي مکانيک-طراحی جامدات - دانشگاه بوعلی­سینا - 1388

 

 کارشناسي ارشد (دوره روزانه): مهندسي مکانيک-طراحی کاربردی- دانشگاه بوعلی­سینا- 1391

 

 دکترای تخصصی PhD (دوره روزانه): مهندسي مکانيک-طراحی کاربردی- دانشگاه بوعلی سینا – 1397

 

مقالات: [1-6]

 

[1]M.A. Kazemi, S.S. Jafari, S.M. Musavi, M. Nejati, Analytical solution of convective heat transfer of a quiescent fluid over a nonlinearly stretching surface using Homotopy Analysis Method, Results in Physics 10 (2018) 164-172.

[2] M.A. Kazemi, F. Nazari, M. Karimi, S. Baghalian, M.A. Rahbarikahjogh, A.M. Khodabandelou, Detection of multiple cracks in beams using particle swarm optimization and artificial neural network, 2011 Fourth International Conference on Modeling, Simulation and Applied Optimization, 2011, pp. 1-5.

[3]M.A. Kazemi, R. Seifi, Effects of crack orientation on the fatigue crack growth rate and fracture toughness of AA6063 alloy deformed by ECAP, Materials Science and Engineering: A 733 (2018) 71-79.

[4]M.A. Kazemi, R. Seifi, Effects of the equal channel angular pressing (ECAP) on the fracture and fatigue parameters of Al-6063 alloy, Modares Mechanical Engineering 17(12) (2018) 345-353.

[5] G.H. Majzoobi, M.A. Kazemi, A New Investigation on the Effect of Re-shot Peening on Fretting Fatigue Behavior of A17075-T6, Tribology Transactions 56(6) (2013) 943-952.

[6] R. Seifi, M.A. Kazemi, An investigation on the effects of equal channel angular pressing on the mixed-mode fracture toughness and mechanical properties of 6063 aluminium alloy, Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures 41(8) (2018) 1758-1770.

[7] Malihi, S , Nazari, F , Baghalian, S , Kazemi, M . (2012). INVESTIGATION OF NATURAL FREQUENCIES REDUCTION, AN APPROACH TO DAMAGE DIAGNOSIS IN STRUCTURES. International Journal Of Engineering & Applied Sciences, 4 (2), 1-8.