انتخاب صفحه

چکیده 

در این پژوهش به بررسی تجربی و عددی رشد ترک خستگی و تمدید عمر و تخمین آن در قطعات ترکدار آلومینیومی که با وصله ی کامپوزیتی FML ترمیم شده اند، پرداخته شده است.

ترمیم، به صورت چسبی بوده تا از معایب اتصال مکانیکی مانند تمرکز تنش قابل توجه، مقاومت کم در برابر خستگی، امکان ایجاد خرابی در قطعه اصلی و … جلوگیری شود. این وصله ها دارای مزایای مهمی از جمله استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی و رطوبت، وزن کم و خواص خوب خستگی می باشند. تعمیرات وصله ای باعث کاهش میزان تنش در اطراف ترک از طریق مکانیزم پل زنی و نیز انتقال تنش از ورق ترک دار به وصله کامپوزیت می شود که در نهایت موجب کاهش و یا توقف کامل رشد ترک و لذا افزایش طول عمر قطعه خواهد شد. قطعات با نرم افزار ABAQUS شبیه سازی شده و نتایج بدست آمده از این تحلیل با داده های تجربی بدست آمده از تست های تجربی و آزمایشگاهی انجام شده روی قطعات، مقایسه شده است. همچنین در این پژوهش به بررسی پارامترهای موثر در رشد ترک خستگی از قبیل: زاویه ترک اولیه، عرض وصله و چیدمان لایه ها در وصله پرداخته شده است. نتایج این پژوهش نشان دهنده افزایش چشمگیر عمر قطعات تعمیر شده با این وصله در مقایسه با قطعات بدون وصله است.

کلمات کلیدی

تعمیر، وصله کامپوزیتی، FML، رشد ترک خستگی، ترک زاویه دار، تخمین عمر

اثر لایه چینی بر روی عمر قطعات ترکدار

اثر لایه چینی بر روی عمر قطعات ترکدار

فصل اول: ترمیم قطعات و سازه های ترکدار…………………2

1-1 – مقدمه ……………………………………………………………………………………………………..2

پدیده پیری درصنعت هوایی و همچنین دیگر صنایع از مباحث روز کشور است. این معضل نه تنها هزینههای بالایی به کشور تحمیل نموده بلکه اعتماد عمومی را نیز به ایمنی خصوصاً ایمنی وسایل پرنده به شدت خدشه دار نموده است.گرچه این پدیده مختص تنها ایران نیست و اغلب کشورهای جهان خصوصاً آمریکا با 220 هزار هواپیما به طور جدی با آن دست به گریبان هستند. اما این کشورها مدت مدیدی است که به چاره اندیشی پرداخته و خصوصاً درسالهای اخیرکه بحران های اقتصادی، اقتصادهای بزرگ جهان را به لرزه درآورده، تمدید عمرناوگانهای هوایی به طور جدیتر در دستورکار قرارگرفته است. بنابراین ناوگانهای هوایی نظامی و غیرنظامی پیر کشور نه تنها نباید بیمصرف تلقی شوند بلکه باید به عنوان یک ثروت ملی(با توجه به تجربیات موجود در دنیا) که قابلیت تمدید عمر داشته و قادر به ارائه خدمت رسانی هستند باحساسیت و اهمیت زیاد مد نظر قرار گیرند (شکل1-1).

امروزه متوسط عمر هواپیماهای مسافربری و نظامی رو به افزایش می باشد. برای این هواپیماها معمولا انتظار عمری حدود 20 سال وجود دارد، اما بنا به دلایل متفاوت مدت زمان بیشتری از این هواپیماها استفاده می شود. جدول1-1 مقایسه ای بین عمر متوسط برخی از هواپیماها را نشان می دهد.

جدول1-1: عمر متوسط برخی از هواپیما ها

 Aircraft  Year Fielded  Average Age  Proposed  Retirement  Retirement Age
 C/KC-135  1956  35.0  2040  79
 B-52H  1961  34.3  2030  68
 T-38  1961  28.5  2020  52
 C-141  1965  29.5  2003  36
 E-3  1977  16.3  2025  45
 F-16  1979  7.6  2025  36

هر چه هواپیما پیرتر می شود مسایلی نظیر خوردگی، رشد ترک بر اثر بارهای سیکلی و ناگهانی و غیره در ان افزایش می یابد. مسایلی از این دست مسبب حادثه خطوط هوایی آلوها[5] بود که در آن هنگام پرواز قسمتی از بدنه هواپیما جدا شد و خساراتی را به بار آورد علت آن پیدایش ترک بر اثر خوردگی و رشد آن بر اثر بارهای سیکلی وارده در طول ساعت های پروازی زیاد هواپیما عنوان شد.

سه راه حل برای مشکل هواپیماهای پیر وجود دارد:

1-    جایگزینی هواپیما

2-    جایگزینی قطعات

3-    ترمیم قطعات

گزینه اول با توجه به قیمت گزاف هواپیماهای امروزی مناسب نمی باشد. جدول1 -2 قیمت تقریبی برخی از هواپیماهای مدرن تجاری و نظامی را نشان می دهد. جایگزینی قطعات نیز مشکلات خود را دارد. برای هواپیماهای قدیمی مانند 135-KC و52-B یافتن قطعات به دلیل عدم تولید مشکل است و ممکن است بطور خاص سفارش داده شود که هزینه آن زیاد می شود.

جدول1-2: قیمت تقریبی برخی از هواپیماها[1]

  Military and Commercial Aircraft Costs
Aircraft Type   Cost
Falcon Lockheed Martin F-16 Fighting  $24 Million (1999)
Boeing F-15 Eagle   $35 Million
Lockheed Martin F-22 Raptor   $100 Million
Northrup Grumman B-2 spirit   $1 Billion (1996)
  Boeing C-17 Globemaster III   $175 Million (1996)
  Boeing F/A18 Hornet   $25 Million (1991)
  Boeing AH-64 Apache   $18 Million (1996)
  Boeing Sikorsky RHA-66 Comanche   20$ Million
  Boeing 737   $40 Million (1997)
  Boeing 747   $170 Million (1996)
Boeing 777 $128-$170  Million (dependenton model)

گزینه سوم یعنی ترمیم قطعات آسانترین و ارزانترین راه جهت حل مشکل است. ضمن این که ممکن است قسمتی از یک قطعه معیوب باشد و نیازی به تعویض کلی آن نباشد. لذا در این روش محل خرابی ترمیم شده و از هزینه کردن زیاد برای تعویض قطعه خودداری می شود. ترمیم قطعات به دو روش امکان پذیر است:

  1. ترمیم مکانیکی با پیچ یا پرچ
  2. ترمیم با چسب از طریق چسباندن فلز یا کامپوزیت در محل خرابی

روش اول سالیان زیادی است که مورد استفاده قرار کرفته است و آسان تر از ترمیم با چسب است. سادگی ارزان بودن و در دسترس بودن ترمیم و ابزار جانبی آن، همچنین یک جنس بودن و همخوانی ماده ترمیم کننده با قطعه و نبود مشکلاتی مانند ضریب انبساط حرارتی متفاوت از مزایای این روش است. اما این روش خرابی های دیگری به سازه وارد می کند و نقاط تمرکز تنش را بر اثر سوراخکاری برای پیچ یا پرچ افزایش می دهد، همچنین در این روش احتمال صدمه رسیدن به سیستمهای هواپیما مانند خطوط هیدرولیک و الکتریکی، برای قطعاتی که باید روی هواپیما ترمیم شود وجود دارد، در حالی که روش دوم خرابی دیگری به سازه اضافه نمی کند، توزیع تنش تقریبا یکنواخت روی سازه، دمپینگ مناسب ارتعاشی، نازکی وصله روی سطح و تاثیر ناچیز روی جریان هوا برای قطعاتی که از لحاظ آیرودینامیکی مهم می باشند از مزایای این روش می باشد. اما پیچیدگی تنش پسماند حرارتی به خاطر ضریب انبساط حرارتی متفاوت مواد کامپوزیت و فلزات، پیچیدگی روش ونیاز به تجهیزات خاص نصب و مقاومت نکردن کامپوزیت در مقابل رطوبت و خوردگی آن از عمده معایب این روش می باشد.

اما در مجموع  برای صنعت هوانوردی روش دوم بسیار مناسب تر است. شاهد این مدعا توسعه روز افزون و گسترش این تکنیک در ترمیم هواپیما های فرسوده است.

ترمیم با چسب و کامپوزیت برای اولین بار توسط نیروی هوایی آمریکا در دهه 70 روی بال راست هواپیمای 111F صورت گرفت و تست های خود را با موفقیت آمیز پشت سر گذاشت. سپس استرالیا برای افزایش عمر هواپیماهای خود وارد این مبحث شد و تحقیقات زیادی نیز در این زمینه در ARL صورت گرفت. جدول1-3 لیست هواپیماهای ترمیم شده توسط ARL از سال 1975 تا کنون را نشان می دهد.

1-2- ترمیم با مواد کامپوزیت در مقایسه با تعمیرات مکانیکی ……………………………………………  8

1-3- کامپوزیت FML ………………………………………….ا………………………………………………  13

1-4- مقایسه ترمیم یک طرفه و دو طرفه ……………………………………………………………………  16

اجزای مختلف در مدل سازی عددی به روش اجزا محدود

اجزای مختلف در مدل سازی عددی به روش اجزا محدود

فصل دوم: مروری بر پیشینه تحقیق                                                            

2-1- مقدمه ……………………………………………………………………………………………………..  20

2-2- پیش زمینه ای از تعمیرات وصله ای ……………………………………………………………………  20

2-3- پاره ای از تحقیقات انجام شده بر روی کامپوزیت FML ……………..ا……………………………….  28

2-4- معرفی تحقیق کنونی …………………………………………………………………………………….  30

پارچه E-GLASS به کار رفته جهت ساخت کامپوزیت FML

پارچه E-GLASS به کار رفته جهت ساخت کامپوزیت FML

فصل سوم: بررسی تجربی                                                                          

3-1- مقدمه ……………………………………………………………………………………………………..  33

‫در اﯾﻦ ﻓﺼﻞ در اﺑﺘﺪا ﺑﻪ ﺟﻨﺲ ﻣﻮاد ﺑﻪ ﮐﺎر رﻓﺘﻪ در ﺳﺎﺧﺖ ﻗﻄﻌﺎت و وﺻﻠﻪ ی ﮐﺎﻣﭙﻮزﯾﺘﯽ L‫ﭘﺮداﺧﺘﻪ ﺷﺪه و ﺳﭙﺲ ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎی ﻣﻮرد ﺑﺮرﺳﯽ در اﯾﻦ ﭘﮋوﻫﺶ، ﻣﺸﺨﺺ و ﺑﯿﺎن ﻣﯽ ﺷﻮد. در اداﻣﻪ ‫ﻣﺮاﺣﻞ و ﻧﺤﻮی ﺳﺎﺧﺖ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎ و ﭼﮕﻮﻧﮕﯽ اﺗﺼﺎل وﺻﻠﻪ ﺑﻪ ﻗﻄﻌﺎت ﺗﺮﮐﺪار ﺗﻮﺿﯿﺢ داده ﺷﺪه و ‫ﺷﺮاﯾﻂ ﺑﺎرﮔﺬاری و ﻧﺤﻮی اﻧﺠﺎم ﺗﺴﺖ ﺧﺴﺘﮕﯽ ذﮐﺮ ﻣﯽ ﺷﻮد و در اﻧﺘﻬﺎ ﻧﯿﺰ ﺑﻪ ﻧﺘﺎﯾﺞ ﺑﺪﺳﺖ آﻣﺪه از ‫ﺗﺴﺖ و ﺑﺮرﺳﯽ ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎی اﺻﻠﯽ آزﻣﺎﯾﺶ ﭘﺮداﺧﺘﻪ ﻣﯽ ﺷﻮد.

3-2- انتخاب مواد بکار رفته برای ساخت نمونه های موردآزمایش ………………………………………..  33

3-2 -1- ورق آلومینیوم پایه …………………………………………………………………………………….  33

3-2 -2- الیاف و رزین ولایه فلز به کار رفته در ساخت  FML ……………………ا…………………………  35

3-2-3- چسب …………………………………………………………………………………………………..  37

3-3- مطالعه و تعین پارامترهای تحقیق ………………………………………………………………………  38

3-3 -1- زاویه ترک ……………………………………………………………………………………………….  38

3-3 -2- عرض وصله ……………………………………………………………………………………………  39

3-3-3- نوع لایه چینی وصله کامپوزیت ………………………………………………………………………  39

3-4- ساخت نمونه های مورد آزمایش ………………………………………………………………………  40

3-4 -1- ورق آلومینیومی ترکدار ……………………………………………………………………………..  40

3-4-2- وصله های کامپوزیت FML ……………………………………………ا……………………………..  42

3-5- آماده سازی سطوح اتصال ……………………………………………………………………………..  47

3-5 -1- فرایند آماده سازی سطح ……………………………………………………………………………  48

3-6- اتصال وصله FML به ورق ترک دار ………………………………………………………………………  49

3-7 – معرفی دستگاه تست مکانیک شکست ……………………………………………………………..  50

3-7 -1- شرایط بارگذاری ……………………………………………………………………………………….  52

3-7-2-نحوی محاسبه بار اعمالی مناسب قبل از انجام تست ……………………………………………  53

3-8- اندازه گیری طول ترک …………………………………………………………………………………….  54

3-8-1- تست مایع نافذ(PT) …………………………………………………ا………………………………….54

3-9- نتایج تست ……………………………………………………………………………………………….  57

3-9 -1- بررسی اثر زاویه ترک ………………………………………………………………………………….  58

3-9 -2- بررسی اثر لایه چینی در زوایای مختلف …………………………………………………………..  59

3-9 -3- اثر عرض وصله بر روی عمر ………………………………………………………………………….63

3-9 -4- سطح شکست قطعات ……………………………………………………………………………..  65

3-9 -4- چگونگی یافتن c و m (ثوابت مادی) رابطه پاریس برای قطعه مورد نظر ………………………  66

3-10- خطاهای تست خستگی ……………………………………………………………………………..  69

چسب به کار رفته جهت اتصال وصله و نمونه araldite 2015

چسب به کار رفته جهت اتصال وصله و نمونه araldite 2015

فصل چهارم: بررسی عددی 

تحلیل به روش المان محدود ……………………………………………………………………………………  73

4-1 – مقدمه ……………………………………………………………………………………………………..  73

4-2 – مدلسازی قطعه ………………………………………………………………………………………….  74

4-2 -1- روش های مدل سازی ترک …………………………………………………………………………..  75

4-3 – مدل سازی وصله کامپوزیت ……………………………………………………………………………  77

4-3 -2- تقسیم بندی(Partition ) وصله ……………………………………………………………………….  78

4-4 – اتصال وصله با نمونه ………………………………………………………………………………………  79

4-5 – بارگذاری و شرایط مرزی …………………………………………………………………………………..  81

4-6 مش بندی مدل ………………………………………………………………………………………………  81

4-7 – تحلیل مدل سازی توسط نرم افزار ABAQUS …………………….ا…………………………………….  83

4-8 – بررسی نتایج ………………………………………………………………………………………………..  83

4-8 -1- خروجی های عمومی نرم افزار …………………………………………………………………………  83

8-8 -1-1- جابجایی نقاط دهانه ترک ……………………………………………………………………………..  83

8-8 -1-1-1- تاثیر زاویه ترک بر جابجایی نقاط دهانه ترک ………………………………………………………  84

4-8 -1-1-2- تاثیر لایه چینی وصله بر جابجایی نقاط دهانه ترک ……………………………………………..  85

4-8 -1-1-3- اثر عرض وصله بر روی جابجایی دهانه ترک ………………………………………………………  86

4-8 -1-1-4- بررسی تقارن در اثر ترمیم یک طرفه …………………………………………………………….  87

4-8 -1-2- تنش در نمونه ها …………………………………………………………………………………….  88

4-8 -1-2-1- اثر زاویه ترک بر روی تنش …………………………………………………………………………  89

4-8 -1-2-2- اثر وصله بر روی تنش ……………………………………………………………………………..  90

4-8 -2- خروجی های مکانیک شکست نرم افزار ……………………………………………………………..  93

4-8 -2-1- جهت رشد ترک CPD ……………………………ا…………………………………………………..  94

4-8 -2-2- ضریب شدت تنش(SIF) ………………………..ا……………………………………………………..96

4-8 -2-2-1- تاثیر زاویه بر ضریب شدت تنش …………………………………………………………………..  98

4-8 -2-2-2- تاثیر وصله کامپوزیتی FML و لایه چینی آن بر ضریب شدت تنش …………………………..  102

4-8 -2-2-3- تاثیر عرض وصله کامپوزیتی بر ضریب شدت تنش …………………………………………….  105

4-9 – روش تخمین عمر ………………………………………………………………………………………….  108

قاب اصلی دستگاه

قاب اصلی دستگاه

فصل پنجم: جمع بندی و نتیجه گیری 

5-1 – مقایسه و بررسی دقت و صحت عمر عددی با عمر تجربی نمونه ها ………………………………  112

5-2 – نتایج تحقیق ………………………………………………………………………………………………..  115

5-3 – پیشنهادات  ………………………………………………………………………………………………..  116

فهرست مقالات ارائه شده ……………………………………………………………………………………..  117

منابع و مآخذ  ……………………………………………………………………………………………………..  118

منقطه پلاستیک نوک ترک در طول ضخامت یک صفحه و حالات تنش

منقطه پلاستیک نوک ترک در طول ضخامت یک صفحه و حالات تنش

فهرست جداول

جدول1-1: عمر متوسط برخی از هواپیما ها …………………………………………………………………….  3

جدول1-2: قیمت تقریبی برخی از هواپیماها ……………………………………………………………………  4

جدول1-3: هواپیماهای ترمیم شده توسط ARL ……………………….ا……………………………………….  5

جدول1-4: برخی از هواپیماهای ترمیم شده و نوع کامپوزیت استفاده شده در ترمیم ……………………  6

جدول1-5: مقایسه مزایا و معایب اتصالات چسبی و پیچ شده ……………………………………………….  7

جدول3-1: جدول کوانتو متری و تعیین درصد عناصر و آلیاژ آلومینیوم ورق پایه 07-ASTM E1251…………ا……………………………… 34

جدول3-2: خواص مکانیکی بدست آمده ورق آلومینیوم پایهبر اساس آزمون کشش طبق  استاندارد 09-ASTM E8M ………..ا……. 36

جدول3-3: کد قطعات و نحوی تفسیر آن و عمر نهایی نمونه های تست شده ………………………….  57

جدول3-4: داده های لازم جهت به دست آوردن cوm ………………………….ا……………………………  68

جدول4-1: میزان تنش در نقطه شروع مسیرها برای نمونه های مختلف …………………………………  93

جدول4-2: عمر بدست آمده به روش عددی ………………………………………………………………..  110

جدول5-1: عمر تجربی و عددی نمونه ها و میزان رشد ترک خستگی در قطعات ……………………….  112

جدول5-2: مقایسه عمر بدست آمده تجربی با نتایج آقایان چانگ و یانگ ……………………………….  114

موقعیت مواد بکار رفته در هواپیمای مسافربری airbus A380

موقعیت مواد بکار رفته در هواپیمای مسافربری airbus A380

فهرست شکل ها

شکل1-1: انجام تعمیرات روی ناوگان هوایی کشور به منظور تمدید عمر ……………………………….  2

شکل1-2: طبقه بندی و کاربرد اتصالات چسبی …………………………………………………………..  8

شکل1-3: انتقال تنش از طرق کل سطح وصله کامپوزیتی ………………………………………………  9

شکل1-4: کاهش ضریب شدت تنش با انجام ترمیم …………………………………………………….  10

شکل1-5: تاثیر وصله بر عمر سازه های ترکدار …………………………………………………………..  10

شکل1-6: چیدمان یک نمونه FML ………………ا…………………………………………………………  13

شکل1-7: موقعیت مواد بکار رفته در هواپیمای مسافربری Airbus A380 …..ا………………………..  15

شکل1-8: نمایش تعدادی از اتصالات چسبی …………………………………………………………….  16

شکل1-9: خمش ایجاد شده در ترمیم نامتقارن بدلیل جابجایی تار خنثی …………………………….  16

شکل1-10: بارهای وارده به وصله ………………………………………………………………………….  17

شکل1-11: ظرفیت اتصال در اتصالات چسبی …………………………………………………………….  18

شکل2-1: فیکسچر و نمونه تست خستگی آقای چانگ …………………………………………………  27

شکل2-2: مقایسه مقاومت به ضربه مواد کامپوزیتی، آلومینیومی و FML ……….ا……………………  29

شکل2-3: تاثیر ترمیم یکطرفه بر صفحه ترمیم شونده ……………………………………………………  30

شکل2-4: عمر رشد ترک خستگی در نمونه ترک دار وصله شده و بی وصله یک طرفه ………………  30

شکل2-5: مقایسه عمر خستگی  AL و FML ……………………..ا…………………………………….  31

شکل 3-1: آزمون کوانتومتری بر طبق استاندارد07-ASTM E1251بر روی نمونه ……………………..  34

شکل 3-2: نمونه استاندارد آزمون کشش بر طبق استاندارد 09-ASTM E8M ……….ا………………  34

شکل3-3: شکل تنش کرنش ورق آلومینیوم پایه …………………………………………………………  35

شکل 3-4: پارچه E-GLASS  به کار رفته جهت ساخت کامپوزیت FML ……………ا…………………..  36

شکل 3-5: رزین اپوکسی LY5052  سمت چپ و هاردنر ARADUR 5052 .ا…………………………..  36

شکل3-6: لایه آلومینیومی به کار رفته در ساختار وصله ………………………………………………..  37

شکل 3-7: میزان قدرت چسبندگی چسب های Araldite به مواد مختلف …………………………..  37

شکل3-8: چسب به کار رفته جهت اتصال وصله و نمونه Araldite 2015 ……………ا……………….  38

شکل 3-9 نمونه های وصله با طول های یکسان و عرض های مختلف ……………………………….  39

شکل3-10: نحوی لایه چینی وصله و قرارگیری بر روی صفحه آلومینیومی ……………………………  40

شکل 3-11: نمونه آلومینیومی و وصله با ابعاد آنها …………………………………………………….  40

شکل3-12: دستگاه واتر جت و برش ورق آلومینیومی برای تهیه نمونه ها …………………………..  41

شکل3-13: ایجاد ترک توسط دستگاه وایر کات …………………………………………………………….41

شکل3-14: نمونه های بدون وصله با 3 حالت مختلف زاویه ترک ……………………………………… 42

شکل3-15: جدایش بین لایه هایFML  در اثر برش با دستگاه واتر جت ………………………………. 43

شکل3-16: سنباده کشیدن ورق آلومینیومی 0.3 mm قبل از برش …………………………………… 43

شکل3-17: تعدادی ازابزار و وسائل به کار رفته جهت ساخت نمونه ها ………………………………  45

شکل 3-18: قرار دادن وصله های FML در کوره جهت انجام عملیات پخت ……………………………  46

شکل3-19: وصله های آماده شده پس از پخت ………………………………………………………….  47

شکل3-20: محلول اچ و آماده سازی نمونه های ترک دار قبل از چسباندن وصله ……………………  49

شکل3-21: اجزای اصلی دستگاه تست خستگی ……………………………………………………..  50

شکل3-22: قاب اصلی دستگاه ……………………………………………………………………………51

شکل3-23: فک و گیره مورد استفاده برای انجام تست ……………………………………………..  52

شکل3-24: مونتاژ قطعه بر روی دستگاه به منظور انجام تست ……………………………………..  53

شکل3-25: نحوی محاسبه نسبت ناحیه پلاستیک به لیگامنت …………………………………..  53

شکل3-26: نحوی انجام تست PT بر روی قطعه هنگام تست به منظور ثبت طول ترک ………….  54

شکل3-27: مراحل بازرسی مایع نافذ ………………………………………………………………….  55

شکل3-28: سطح شکست قطعات بدون وصله با زاویه های ترک مختلف …………………………….  58

شکل3-29: اثر زاویه ترک بر روی عمر قطعات ترکدار بدون وصله ……………………………………….  59

شکل3-30: لایه چینی مختلف بر روی قطعات ترکدار˚0 با وصله 25×40 و سطح مقطع آنها ……..  60

شکل3-31: اثر لایه چینی مختلف بر روی عمر قطعات ترکدار˚0 با وصله 25×40 ……………………  61

شکل3-32: اثر لایه چینی مختلف بر روی عمر قطعات ترکدار˚30با وصله 25×40………………….  62

شکل3-33: اثر لایه چینی مختلف بر روی عمر قطعات ترکدار˚45 با وصله 25×40 ………………….  62

شکل3-34: عمر قطعات ترکدار˚0با وصله Plate-AL-F-F) paff) به عرض مختلف …………………  63

شکل3-35: عمر قطعات ترکدار˚0 با وصله Plate-F-AL-F) pfaf) به عرض مختلف …………………  64

شکل3-36: عمر قطعات ترکدار˚30 با وصله Plate-F-AL-F) pfaf) به عرض مختلف ………………  64

شکل3-37: عمر قطعات ترکدار˚45 با وصله Plate- AL-F- F) paff) به عرض مختلف ……………  65

شکل3-38: سطح شکست برای قطعه ترکدار ˚45 بدون وصله ……………………………………..  65

شکل3-39: سطح شکست قطعات ترکدار˚0 بدون وصله و با وصله دارای لایه چینی مختلف ….  66

شکل3-40: منحنی تعداد سیکل بر حسب طول ترک در نمونه بدون وصله ˚30 ………………….  67

شکل3-41: نرخ رشد ترک خستکی برحسبK∆در مقیاس لگاریتمی برای نمونه بی وصله˚30…  69

شکل3-42: ایجاد شکست در قطعه ترمیم شده در اثر عدم بارگذاری مناسب و صحیح ……………  70

شکل3-43: عمر دو نمونه از قطعات مشابه در طول ترک های مختلف ………………………………  71

شکل4-1: اجزاء مختلف در مدل سازی عددی به روش اجزاء محدود …………………………………  75

شکل4-2: روش ایجاد ترک در ماژول INTERACTION در نرم افزار ABAQUS ……ا…………………..  75

شکل4-3: ناکرانداری در راس ترک توسط المانهای Singular ……………….ا………………………..   76

شکل4-4: المان های منفرد در حالت LEFM و تیز بودن نوک ترک در این حالت ………………….      77

شکل4-5: المان های منفرد در حالت EPFM و تیز بودن نوک ترک در این حالت ………………….     77

شکل4-6: لایه چینی کامپوزیت در ماژول property …………………….ا………………………….     78

شکل4-7: مدل سازی وصله به روش تقسیم بندی مقطع وصله …………………………………….  78

شکل4-8: پیوند وصله و قطعه به کمک تکنیک Tie …………………..ا……………………………….  80

شکل4-9: اعمال قید coupling ………………………………ا………………………………………….  80

شکل4-10: شرائط مرزی و بارگذاری در مدل سازی …………………………………………………  81

شکل4-11: مش بندی و نمایش ناحیه نوک ترک ……………………………………………………….  82

شکل4-12: یک نمونه مش خورده در نرم افزار …………………………………………………………  82

شکل4-13: نقاط دهانه ترک جهت نمایش مقادیر جابجایی …………………………………………  84

شکل4-14: تاثیر زاویه ترک بر جابجایی نقاط دهانه ترک ………………………………………………  84

شکل4-15: تاثیر لایه چینی وصله بر جابجایی نقاط دهانه ترک ……………………………………….85

شکل4-16: اثر عرض وصله مختلف بر روی جابجایی دهانه ترک …………………………………..  86

شکل4-17: اعمال نیرو به نمونه بی وصله و وصله دار و ایجاد خمیدگی در نمونه وصله شده …..  87

شکل4-18: جابجایی های U1 و U2 و U3و Umagnitude در دو نمونه وصله دار و بدون وصله ……..  88

شکل4-19: مسیرهای انتخابی در طول لیگامنت برای نمایش میزان تنش ……………………….  88

شکل4-20: منطقه پلاستیک نوک ترک در طول ضخامت یک صفحه و حالات تنش در آن …………  89

شکل4-21: تنش در لیگامنت نمونه های بدون وصله ترکدار با زوایای مختلف روی مسیر 2 ……..  90

شکل4-22: مقایسه تنش در گره های جبهه ترک در نمونه وصله شده …………………………..  90

شکل4-23: تنش در نمونه بی وصله و وصله دار با لایه چینی متفاوت در مسیر 1 ………………  91

شکل4-24: تنش در نمونه بی وصله و وصله دار با لایه چینی متفاوت در مسیر 2 ……………..  91

شکل4-25: تنش در نمونه بی وصله و وصله دار با لایه چینی متفاوت در مسیر 3 …………….  92

شکل 4-26: نقاط روی جبهه ترک در نمونه های وصله شده و وصله نشده ……………………..  93

شکل4-27: جهت رشد ترک ……………………………………………………………………………  94

شکل4-28: جهت رشد ترک (CPD)نمونه های ترکدار بدون وصله …………………………………..  95

شکل4-29: جهت رشد ترک برای نمونه های وصله دار با لایه چینی مختلف و نمونه بی وصله   در زاویه ترک 30⁰………………95

شکل4-30: جهت رشد ترک برای نمونه های وصله دار با لایه چینی مختلف و نمونه بی وصله در زاویه ترک 45⁰ ………………. 96

شکل4-31: روش های اصلی بارگذاری و جابجایی های مربوطه سطوح ترک: (الف) مود یک، (ب) مود دو، (پ) مود سه …….  97

شکل4-32: کانتور های انتگرال گیری در محاسبه ضریب شدت تنش K 97         …………….ا………97

شکل4-33: ضرایب شدت تنش 123Kنمونه ترکدار بی وصله 0⁰……………………………………. 98

شکل4-34: ضرایب شدت تنش 123K نمونه ترکدار بی وصله 30⁰ ………………………………    99

شکل4-35: ضرایب شدت تنش 12K و 3Kنمونه ترکدار بی وصله 45⁰ ………………………………..  99

شکل4-36: ضریب شدت تنش 1K نمونه های بی وصله با زاویه ترک0و30و 45 درجه (a = 6 mm & F = 12000 N)……ا..100

شکل4-37: ضریب شدت تنش 2K نمونه های بی وصله با زاویه ترک0و30و45 درجه   (a = 6 mm & F = 12000 N)….ا…101

شکل4-38: ضریب شدت تنش 3K نمونه های بی وصله با زاویه ترک 0و30و45درجه   (a = 6 mm & F = 12000 N)..ا….101

شکل4-39: اثر وصله کامپوزیتی FML و لایه چینی آن بر ضریب شدت تنش 1K نمونه های ترکدار با زاویه0⁰ …………….102

شکل4-40: اثر وصله کامپوزیتی FML و لایه چینی آن بر ضریب شدت تنش 1Kنمونه های  ترکدار با زاویه30⁰ …………….103

شکل4-41: اثر وصله کامپوزیتی FML و لایه چینی آن بر ضریب شدت تنش 2Kنمونه های  ترکدار با زاویه30⁰ ……………. 104

شکل4-42: اثر وصله کامپوزیتی FML و لایه چینی آن بر ضریب شدت تنش 3K نمونه های ترکدار با زاویه30⁰ …………..  104

شکل4-43: تاثیر عرض وصله با لایه چینی paff بر میزان ضریب شدت تنش 1K…….ا………………  105

شکل4-44: تاثیر عرض وصله با لایه چینی pfaf بر میزان ضریب شدت تنش در زاویه 30⁰…………..  106

شکل4-45: تاثیر عرض وصله با لایه چینی paff بر میزان ضریب شدت تنش 45⁰……………………..106

شکل4-46: K∆ بر حسب a(mm) در قطعات وصله شده با اندازه وصله mm25×40 ……..ا……….  107

شکل4-47: K(a)∆برای نمونه ترکدار صفر درجه …………………………………………………………..  109

شکل5-1: عمر نمونه ها در دو حالت تجربی و عددی …………………………………………………..  113

شکل5-2: Blunting نوک ترک ایجاد شده توسط وایر کات ……………………………………………..  113

نقاط دهانه ترک جهت نمایش مقادیر جابجایی

نقاط دهانه ترک جهت نمایش مقادیر جابجایی

Abstract

Here, the experimental and numerical fatigue crack growth are studied and life of the cracked aluminum plates reinforced with the composite FML patches are estimated. The patches are bonded to the specimen by adhesives, to prevent the disadvantages of mechanical connections such as stress concentrations, low resistance against fatigue and possible failures in the original plate. Using of the FMLs results in important advantages including the high strength, corrosion resistance and moisture content, weight loss and good fatigue properties. Patch repairs reduce the amount of stress concentrations around the crack with bridging and stress transfer to composite patch mechanisms. This act’s reduces or stop the crack growth. Therefore, it will increase the life time of the plate. The problem is also simulated using the ABAQUS 6.10 software. The results of this analysis are compared to experimental tests too. Also, the effect of arrangement of the layers in the FML patches, patch size and crack inclined angle are studied. The results show that using of the FML patches an increase in life expectancy of repaired parts are
Keywords: Mixed-mode; Crack growth Fatigue; FML Composite Patch; Repair Aluminium panels


بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان