مقایسه تئوری و عملی روش تداخل و انبساط سرد در افزایش عمر خستگی صفحات سوراخ دار در اتصالات دو لبه برشی
چکیده
اتصالات مکانیکی که ترکیبی ازپیچ ها، پین ها یا پرچ ها می باشند، بطور گسترده ای در سازه های هوایی بخصوص در هواپیما مورد استفاده قرار می گیرند. از مزیت های این اتصالات می توان به مقاومت بسیار بالا در برابر خستگی همچنین قابل تعویض بودن این اتصالات اشاره نمود. امّا این اتصالات با وجود مزیت های فراوان دارای معایبی نیز می باشند. ناپیوستگی های هندسی در پی عملیات سوراخ کاری در این نوع اتصالات سبب ایجاد تمرکز تنش می شود. بنابراین در هنگام اعمال بارگذاری سیکلی احتمال ایجاد و گسترش ترک خستگی افزایش می یابد. بنابراین ضروری است که با استفاده از روش هایی از تأثیر تمرکز تنش کاسته شود. در سال های اخیر روشهای گوناگون برای بهبود عمر اتصالات به کار رفته است از جمله می توان به روش انبساط سرد و تداخل اشاره کرد. تاکنون تحقیقات گسترده ای در رابطه با روش های انبساط سرد و تداخل انجام گرفته ولی هنوز اطلاعات کافی در دسترس نیست که کدام یک از این دو روش بهبود عمر، در افزایش عمر خستگی صفحات سوراخ دار اثر بیشتری دارد. هدف از انجام پژوهش حاضر مقایسه رفتار خستگی دو روش انبساط سرد و تداخل در اتصالات دو لبه برشی می باشد. رفتار خستگی که مورد بررسی قرار گرفته شامل عمر خستگی، نحوه ی ایجاد و گسترش ترک خستگی و نوع واماندگی می باشد. تست های خستگی بر روی نمونه های دو لبه ای ساخته شده از جنس آلیاژ al2024-t3 انجام گرفته است. تست های خستگی بر روی نمونه هایی با پین دارای دو درصد مختلف تداخل و انبساط سرد به همراه نمونه های بدون عملیات با نه دامنه ی بار و نسبت بارگذاری صفر انجام شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که در بارهای پایین تر نمونه های تداخل عمر بیشتری نسبت به نمونه های انبساط سرد دارند. در بارهای بالا تقریباً عمر همه نمونه ها یکسان بوده و عملیات انجام شده بر روی نمونه ها تأثیر چندانی در افزایش عمر نمونه ها ندارد.برای توجیه مشاهدات تجربی از شبیه سازی عددی کامل عملیات تداخل، انبساط سرد و بارگذاری سیکلی استفاده شده است. شبیه سازی عددی در محیط نرم افزار المان محدود ansys انجام شده است.همچنین در این پژوهش از یک روش تخمین عمر با بکارگیری معیارهای چند محوری و نرم افزار afgrow برای پیش بینی عمر خستگی نمونه های تداخل اتصالات دو لبه برشی، استفاده شده است و نتایج بدست آمده با نتایج تست های عملی مقایسه شده است. علاوه بر این برای پیش بینی عمر خستگی نمونه های انبساط سرد در اتصالات دو لبه ی برشی از آنالیز رشد ترک استفاده شده و نتایج بدست آمده از این روش با نتایج تست های تجربی موجود مقایسه شده است. به منظور بدست آوردن توزیع تنش پسماند به علت فرآیند انبساط سرد، یک مدل سه بعدی المان محدود شبیه سازی شده است. برای بدست آوردن عمر نمونه ها از نرم افزار afgrow استفاده شده است. سه مدل رشد ترک برای پیش بینی عمر خستگی نمونه ها به کار گرفته شده است. همچنین برای تعیین طول ترک اولیه از روش طول ترک اولیه معادل (eifs) استفاده شده است. مقایسه نتایج بدست آمده تطابق قابل قبولی بین نتایج پیش بینی شده و نتایج تجربی وجود دارد.