تحلیل خستگی اتصال های جوشی تعمیری در سازه های فراساحل
چکیده
اکثر شکست های مکانیکی درسازه های مهندسی بر اثر خستگی هنگامی رخ می دهد که بارگذاری محیطی درسازه های دریایی و فراساحل بیشتر به صورت سیکلی وارد می شود. ترک های خستگی در سازه های فولادی هنگامی اتفاق می افتد که تمرکز تنش بالا به موجب هندسه اتصال ها در اتصال های لوله ای ایجاد می شود. با انجام سنگ زنی می توان پروفیل جوش را اصلاح و تمرکز تنش را کاهش داد. علاوه بر این با انجام ساچمه زنی می توان عمرخستگی را با القای تنش پسماند فشاری درسطح هر مولفه بهبود بخشید. نتایج یکی از مطالعات نشان داد که عمرخستگی اتصال های جوشی تعمیری به طور قابل توجه نسبت به اتصال های جوشی و ماده بدون جوش پایین تر است. نتایج تجربی تحقیقات انجام شده نشان داد که کاربرد تعمیرهای کوتاه در بعضی از حالت ها می تواند گسترش عمر خستگی با ضریب بیشتر از 2 به دنبال داشته باشد. در این تحقیق، اثر ساچمه زنی، تنش پسماند و تعمیر بر روی عمرخستگی اتصال های لوله ای جاکت سکوی دریایی مورد بهره برداری در خلیج فارس مورد بررسی قرار می گیرد. در این مطالعه، تحلیل سازه ای یک سکوی فراساحل با استفاده از نرم افزار sacs انجام و اتصال بحرانی شناسایی می شود. همچنین فرآیند جوشکاری با استفاده از نرم افزار ansys شبیه سازی شده و تنش های پسماند ناشی از آن تعیین می شود. از روش عددی تحلیل اجزای محدود نیز به منظور تعیین دمای جوشکاری و استخراج تنش پسماند استفاده می شود، که در این روش، شبیه سازی عددی جوش با استفاده از تحلیل دی کوپله حرارتی و مکانیکی انجام می گیرد، در این روش، ابتدا توزیع دما به وسیله یک تحلیل حرارتی گذرا تعیین می شود. این تاریخچه دمایی متعاقباً درتحلیل مکانیکی فراخوانده شده و تجمع تنش و کرنش در هر گام محاسبه می شود. اندازه گیری تجربی تنش های پسماند نیز با استفاده از روش سوراخ کاری نموی انجام می شود. روش جوشکاریsmaw جهت تهیه اتصال ها و تعمیر آن ها استفاده می شود. نتایج تجربی نشان می دهد که تعمیر، عمر خستگی نمونه های ساچمه زنی تعمیری را در حدود 105 درصد افزایش می دهد. اندازه گیری های تنش پسماند بر روی اتصال ها درعمق نشان داد که بارگذاری خستگی موجب رهاسازی تنش-های پسماند ناشی از جوشکاری و ساچمه زنی شده است. در این رساله، تعمیر، بهبود قابل توجهی در رفتار خستگی اتصال-های لوله ای آزمایش شده داشته است. نتایج حاصل از این مطالعه را می توان به صورت زیر خلاصه نمود. • شبیه سازی نشان داد که ناحیه متاثر از جوش در تمام ضخامت شاخه فرعی اتصال در محل پای جوش و تقریباً نیمی از ضخامت شاخه اصلی ایجاد می شود. • به دلیل مشاهده ترک بر روی شاخه اصلی اتصال تحت آزمایش خستگی، توصیه می شود که بازرسی ها به طور منظم علاوه بر کنترل و مشاهده پنجه جوش بر روی شاخه اصلی اتصال انجام شود. • عمرخستگی برای اتصال های لوله ای ساچمه زنی 75% بیشتر از عمرخستگی اتصال اولیه بدون هر عملیات سطحی است. • تعمیر، عمر خستگی را به میزان 150% نسبت به اتصال های اولیه افزایش می دهد. • اندازه گیری تنش پسماند در عمق بر روی اتصال ها نشان داد که بارگذاری خستگی موجب رهاسازی تنش پسماند ناشی جوشکاری و ساچمه زنی می شود. • تعمیر، بهبود قابل ملاحظه ای بر روی رفتار خستگی اتصال های لوله ای ایجاد می نماید.