دانشكده مهندسي

گروه آموزشی مهندسی مكانيك

 

جلسه دفاع از رساله دکتری تخصصی

 

عنوان:

بررسی اثر رفتار پلاستیک سیکلی با وجود سخت شوندگی بر رشد ترک خستگی

 

استاد راهنما:

دكتر رحمن سیفی

 

دانشجو:

رضا حسینی

 

تاریخ و محل برگزاری:

 27 تیر 1397

ساعت 11 صبح آمفی تئاتر دانشکده مهندسی

  

 

Engineering Department

Bu-Ali Sina University

  PhD Thesis defense session

Title:

 Study of the Effects of Cyclic Plastic Behavior with Considering the Hardening in Fatigue Crack Growth

 

Supervisor:

Rahman Seifi (Ph. D.)

 

By:

 Reza Hosseini

 

Date and Venue:

 July 18, 2018

 

At 11am on Wednesday, Engineering Department Amphitheater

 

 

چكيده:

      در این پایان‌نامه رفتار رشد ترک خستگی با وجود پلاستیسیته نوک ترک تحت تاثیر سخت‌شوندگی ماده مورد بررسی قرار گرفت. فلز استفاده شده در این تحقیق، مس با درجه خلوص 9/99% می‌باشد. در آزمایشگاه نشان داده‌شد مس خالص در بارگذاری یکنواخت، رفتاری نزدیک به رفتار الاستیک-کاملا‌پلاستیک داشته اما در بارگذاری سیکلی رفتار سخت شوندگی نشان می‌دهد. مس خالص در بارگذاری سیکلی رفتار سخت شوندگی سینماتیکی زیادی داشته ولی فاقد رفتار سخت‌شوندگی ایزوتروپیک مهمی است. جهت بوجود آمدن سخت‌شوندگی ایزوتروپیک، تعدادی از نمونه‌ها آنیل شدند. آزمایش‌‌‌های کشش نشان دادند عملیات آنیل باعث تغییرات قابل توجهی در خواص مکانیکی ماده می‌شود. همچنین آنیل کردن باعث تغییر سخت‌شوندگی سیکلی در مس خالص شد. از مدل سخت‌شوندگی غیر‌خطی چابوچه برای تعیین رفتار سخت‌شوندگی ماده معمولی و آنیل شده در بارگذاری سیکلی استفاده شد. برای تعیین پارامترها، آزمایش‌های کرنش-کنترل متقارن بر روی نمونه‌های غیر‌آنیل و آنیل شده انجام شدند. پارامترها بصورت بهینه با استفاده از حلقه‌های پسماند پایدار شده تعیین شدند به‌طوریکه تطابق خوبی بین مدل چابوچه و مدل تجربی برقرار‌ ‌شد. تحلیل داده‌های آزمایش‌های رشد ترک خستگی بر اساس دو پارامتر  و  صورت گرفت. نرخ رشد ترک خستگی نمونه‌ها در شرایط بارگذاری گوناگون و بر اساس دو معیار داولینگ-بگلی و پاریس محاسبه شده و بر حسب نوع ماده مقایسه و ارزیابی شد. با استفاده از مدل‌سازی اجزاء محدود، میدان‌های تنش/کرنش پیرامون نوک ترک ‌شبیه سازی شدند. نتایج عددی، پدیده‌های پلاستیک سیکلی راچتینگ و آزادسازی تنش میانگین را در دو ماده نشان دادند. اندازه ناحیه پلاستیک سیکلی و نسبت تنش پیرامون نوک ترک برای دو ماده مقایسه شد. نواحی پلاستیک سیکلی با توجه به تشکیل حلقه‌های پسماند بررسی شد. در این رهیافت، ناحیه پلاستیک سیکلی بر اساس تغییرات تنش‌های بازگشتی مدل چابوچه در حین یک بار سیکلی تعیین شدند. همچنین ناحیه پلاستیک یکنواخت بر مبنای دو رهیافت کرنش پلاستیک معادل و تنشهای بازگشتی مقایسه شدند. طبق نتایج عددی بدست آمده، اندازه ناحیه پلاستیک سیکلی در مواد آزمایش که شامل سخت‌شوندگی هستند، فقط به محدوده بار بستگی داشته و نسبت بار بر آن بی‌تاثیر بوده، اما اندازه ناحیه پلاستیک یکنواخت به بار حداکثر بستگی دارد. مقایسه نتایج مدل عددی با مدل تحلیلی ایروین نشان می‌دهد که اختلاف زیادی بین دو مدل وجود دارد. به کمک  نتایج عددی ارائه شده در این تحقیق، مدل تحلیلی برای پیش‌بینی نواحی پلاستیک اصلاح شد، طوری که بتواند رفتار سخت‌شوندگی ماده را در نظر بگیرد.      

 واژه­های کلیدی: پلاستیسیته سیکلی، سخت‌شوندگی، آنیل کردن، رشد ترک خستگی، ناحیه پلاستیک سیکلی

 

 Abstract:

In this thesis, fatigue crack growth behavior and crack tip plasticity has been investigated under the influence of material hardening. The metal used in this study is 99.9% pure copper. In the laboratory, it was shown that pure copper in monotonic loading has a behavior close to elastic-perfectly plastic behavior, but in cyclic loading it exhibits hardening behavior. Pure copper in cyclic loading has a lot of kinematic hardening but it does not have a significant isotropic hardening behavior. Some samples were annealed to produce isotropic hardening. Tensile tests showed that annealing process caused significant changes in the mechanical properties of the matter. Annealing also made cyclic hardening in pure copper. The nonlinear kinematic hardening model has been used to determine the behavior of as-received and annealed material in cyclic loading. To determine the parameters, symmetric strain-controlled tests were performed on as-received and annealed samples. The parameters are determined optimally using the stable hysteresis loop, so that a good fit established between Chaboche model and experiment model. Analysis of fatigue crack growth is based on two parameters of ΔK and ΔJ. The fatigue crack growth rate of the specimens was calculated in different loading conditions according to Dowling-Begley and Paris-Erdogan criterions and then compared and evaluated based on the type of the material. Using finite element modeling, stress/strain fields around the crack tip are simulated. Numerical results showed cycling plastic phenomena such as ratcheting and mean stress relaxation in two materials. The cyclic plastic region and the stress ratio around the crack tip compared for two materials. Cyclic plastic zone have been investigated due to the formation of hysteresis loops. In this approach, the cyclic plastic region is determined based on changes in the back stresses of the Chaboche model during a cyclic load. Also, the monotonic plastic region is compared on the basis of two approaches of equivalent plastic strain and back stresses. According to numerical results, the cyclic plastic zone for the two materials, which have hardening behavior, depends only on the load range and does not affected by load ratio, but the monotonic plastic zone size depends on the maximum load. Comparison between the numerical models with Irwin analytical model showed large difference between the two models. According to the numerical results, the analytical model has been modified to predict the cyclic plastic zones, so that it can consider the hardening behavior of the materials.

Keywords: cyclic plastic behavior, hardening, Chaboche model, fatigue crack growth

  

نام :  رضا                          نام خانوادگي: حسینی                     محل تولد: ملایر                تاريخ تولد: 1356

محل صدور: ملایر               وضعيت تاهل: متاهل                       آدرس محل سکونت: ملایر

  پست الکترونيکي: @gmail.com rhosseini573 

 رشته تحصيلي ، محل تحصيل، سال فارغ التحصيلي :

 ديپلم: رياضي و فيزيک- دبيرستان دکتر علی شریعتی ملایر- 1375

 کارشناسي (آزمون سراسری (دوره روزانه)): مهندسي مکانيک-طراحی جامدات - دانشگاه بوعلی­سینا - 1381

 کارشناسي ارشد (آزمون سراسری (دوره روزانه)): مهندسي مکانيک-طراحی کاربردی- دانشگاه بوعلی­سینا- 1387

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

  مهارتها:

تسلط کافي به زبان انگليسي

تسلط کافي به نرم افزارهاي اجزاء محدود، برنامه‌نویسی ، مدل‌سازی و... همانند  ABAQUS، MATLAB، ORTRAN ،AUTOCAD  و...