دانشکده­ی فنی و مهندسی

گروه آموزشی مهندسی مکانیک

 

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی مکانیک گرایش طراحی کاربردی

 

عنوان:

 

کاربرد ایندنتور بیضی­گون برای اندازه­گیری تنش­های پسماند به روش نفوذ

 

استاد راهنما:

دکتر امیرحسین محمودی

 

اساتید داور:

دکتر غلامحسین مجذوبی

دکتر مهدی شعبان

 

پژوهشگر:

مهدیس گودرزی

 

زمان:

18 آذر 1397 –  ساعت 16

 

مکان:

آمفی تئاتر دانشکده فنی و مهندسی

 

 

Bu-Ali Sina University

 

Faculty of Engineering

Department of Mechanics

 

 

Thesis submitted for Master of Mechanical Engineering-Structural Integrity

 

 

Title

 

Application of Elliptical Indenter for Measuring Residual Stresses by Instrumented Indentation

 

Supervisor:

Amir-Hossein Mahmoudi (Ph.D)

 

By:

Mahdis Goudarzi

 

 

December, 9, 201

 

 

 

چكيده:

تنش‌های موجود در یک قطعه بر عمر و استحکام آن تاثیرگذار هستند؛ به ویژه تنش‌های پسماند که بسته به ماهیت خود می‌توانند باعث افزايش یا کاهش نرخ رشد ترک و نیز تغییر در عمر خستگی قطعه شوند. به همین علت اندازه-گیری تنش در واحدهای صنعتی، موضوعی مهم و پرکاربرد است. از آنجا که این اندازه‌گیری‌ها با هدف سنجش وضعیت عملکرد قطعه‌ها صورت می‌گیرد در برخی موارد لازم است روش مورد استفاده غیر مخرب یا نیمه مخرب باشد. از مهم‌ترین روش‌های غیر مخرب اندازه‌گیری تنش می‌توان روش‌های پراش (ایکس و نوترون)، روش التراسونیک و روش مغناطیسی (بارک هاوزن) را نام برد. هریک از این روش‌ها اگرچه مزایایی دارند، اما در بسیاری از موارد کاربردی نیستند. به عنوان مثال روش پراش اشعه X که به دلیل دقت بالا بیشترین کاربرد را دارد، اگرچه سبب تخریب سطع قطعه نمی‌شود ولی نیاز به نمونه‌سازی داشته و در عمل امکان استفاده از آن در تعیین تنش سطحی روی قطعه‌های ساخته شده به دشواری ممکن است. اندازه‌گیری تنش به کمک تست نفوذ، شیوه‌ای نوین است که ضمن نیمه‌مخرب بودن، مزیت‌هایی نظیر سهولت انجام آزمایش، هزینه‌ی کم، تفکیک فضایی بالا و ... دارد و می‌تواند تخمین دقیقی از تنش‌های پسماند سطحی فراهم کند. در این شیوه از فرورونده‌های گوناگونی استفاده می‌شود که در دو دسته تیز و کروی  دسته‌بندی می‌شوند. استفاده از هر یک از فرورونده‌ها مزایا و معایب خود را دارد. ارائه فرورونده‌ای جدید که مزایای هر دو گروه از فرورونده‌ها را داشته باشد و معایب آن‌ها را پوشش دهد می‌تواند در بهبود عملکرد تست نفوذ در اندازه‌گیری تنش تاثیر چشم‌گیری داشته باشد. در این مطالعه، تنش‌های پسماند با استفاده از منحنی نیرو-عمق نفوذ به دست آمده از انجام آزمایش نفوذ با دو مرحله بارگذاری با استفاده از فرورونده بیضی‌گون تعیین گردیدند. جهت بررسی مزایا و معایب این فرورونده آزمایش‌ها با فرورونده‌ی نوپ تکرار و نتایج با یکدیگر مقایسه شدند. پس از انجام آزمایش‌ها مشاهده شد که علی‌رغم اینکه استفاده از فرورونده بیضی‌گون به نیروی بیشتری نیاز دارد، داده‌های حاصل از آزمایشات تجربی نسبت به فرورونده نوپ انسجام بیشتری دارند. در تخمین تنش‌ها به منظور دستیابی به نتایج بهتر، شبکه عصبی مصنوعی به کار گرفته شد. شبکه عصبی با استفاده از داده‌های حاصل از تحلیل‌های اجزاء محدود و در نرم افزار متلب آموزش داده شد و به کمک آن تنش‌های پسماند با دقت خوبی تخمین زده شد.

واژه‌های کلیدی: تست نفوذ، تنش‌های پسماند، اجزاء محدود، فرورونده بیضی‌گون، شبکه عصبی

 

 

Abstract:

                 Stresses, in general, in components may affect their lifespan and strength. This is also the case for residual stresses that, depending on their nature, can increase or decrease the crack propagation rate and also change the fatigue life of the components. Thus, stress measurement is of particular importance in industrial units. Since these measurements are conducted with the aim of testing the components’ performance, in some cases it is necessary to apply non-destructive or semi-destructive techniques. The most important non-destructive stress measurement techniques include x-ray diffraction, Neutron scattering, ultrasonic and magnetic techniques (Barkhausen). Although each of the afore-mentioned techniques have some advantages, they are not applicable in many cases. for example, the X-Ray diffraction technique, which is known as the most applicable technique in this field mainly due to its high precision, does not destruct the surface of the component, but requires prototyping, which makes the technique difficult to use for determination of surface stress in components. Indentation technique is a new semi-destructive technique used for stress measurement. This technique has some advantages such as ease of application, low cost, high spatial resolution and …, and can provide accurate estimates of surface residual stresses. Various indenters that are classified into two groups (sharp and spherical) are used in this technique. Presentation of a new indenter that enjoys the advantages of both indenter types and can minimize their disadvantages can significantly influence the performance of the indentation technique in residual stress measurement process. In the present study, the force-penetration depth curve obtained from the indentation tests along two directions using an ellipsoid indenter was used to determine the residual stresses. In order to evaluate the advantages and disadvantages of this penetration test, the experiments were repeated using Knoop indenter and the results were compared. The experiments results showed that, although application of ellipsoid indenter requires more force, data obtained from empirical experiments have proved to be more consistent compared to those obtained using the Knoop indenter. In order to determine the residual stresses, an artificial neural network was used to estimate stresses. The data obtained from finite element analyses were used in MATLAB software to train the neural network and the residual stresses were finally estimated with high accuracy.

Key Words: penetration test, Residual stresses, Finite Element, Elliptical Indenter, Neural Network

 

رزومه

1- مشخصات فردي:
پست الکترونیکی: mahdisgoudarzy@yahoo.com			نام خانوادگی: گودرزی			نام: مهدیس
2- سوابق تحصيلي:
سهمیه قبولی	نام واحد آموزشی	مدت تحصیل			گرایش		رشته تحصیلی	مقطع تحصیلی
		تا		از
-	فرزانگان (سمپاد)	شهریور1389		مهر 1385	ریاضی-فیزیک		ریاضی-فیزیک	دیپلم
آزمون سراسری	دانشگاه اراک	تیر1394		مهر 1390	بدون گرایش		مهندسی مکانیک	کارشناسی
آزمون سراسری	دانشگاه بوعلی سینا	شهریور1397		مهر 1395	طراحی کاربردی		مهندسی مکانیک	کارشناسی ارشد
طراحی نرم­افزار جهت مدل­سازی آلاینده­های هوا در کلانشهرها							موضوع پايان نامه دوره كارشناسي:
کاربرد ایندنتور بیضی­گون برای اندازه­گیری تنش­های پسماند به روش نفوذ							موضوع پايان نامه دوره كارشناسي ارشد:
فارغ التحصیل رتبه دوم دوره کارشناسی و  دانشجوی برگزیده آموزشی مقطع کارشناسی دفتر هدایت استعدادهای درخشان دانشگاه اراک در سال‏های 1393 و 1394 رتبه سوم کارشناسی ارشد									توضیحات