ارزیابی عمر خستگی پیچشی تیوب های جدار-نازک فولادی با درنظر گرفتن فاز جوانه زنی ترک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه پیام نور، ص. پ. 19395-4697، تهران، ایران.

چکیده

هدف از این مقاله، تعیین عمر خستگی در میله فلزی توخالی تحت بارگذاری پیچش متناوب است. ابتدا مدل لوله در نرم‌افزار اجزاء محدود آباکوس ایجاد شده و تحت بارگذاری متناوب دینامیکی، تنش‌ها و کرنش‌ها در میله توخالی با استفاده از روش اجزاء محدود محاسبه شده است. برای گشتاورهای مختلف، مقادیر تنش و کرنش در نقاط بحرانی میله توخالی با مقطع دایره با استفاده از شبیه‌سازی‌های اجزاء محدود به دست می‌آید. سپس، با استفاده از مدل پیش‌بینی عمر خستگی بر اساس دو معیار واتسون – تاپر و فاطمی – سوشی، مقادیر عمر خستگی ایجاد ترک محاسبه می‌شوند. برای تائید صحت نتایج، آزمایش‌های تجربی صورت گرفته بر روی لوله‌های توخالی تحت پیچش با نتایج پیش‌بینی‌شده از مدل حاضر مقایسه می‌شوند. نتایج عمر خستگی بر اساس معیار فاطمی – سوشی با مقادیر تجربی مطابقت مناسبی دارد و صحت مدل ارائه‌شده در این تحقیق را تائید می‌کند. مدل ارائه شده نشان می دهد که تعیین دقیق عمر خستگی نیاز به لحاظ کردن فاز جوانه زنی ترک دارد.

کلیدواژه‌ها


  1. [1] J. A. Ferreira, C. M. Branco, J. C. Radon, Fatigue life

    assessment in welded rectangular hollow sections using

    fracture mechanics, Application of Fracture Mechanics

    to Materials and Structures. (1984) 749-761. https://doi.

    org/10.1007/978-94-009-6146-3_51

    [2] Fash JW. An evaluation of damage development

    during multiaxial fatigue of smooth and notched speci-

    mens. In: Material engineering report no 123. University

    of Illinois at Urbana-Champaigne (1985).

    [3] K.A. Macdonald, P.J. Haagensen, Fatigue of welded

    aluminium hollow section profiles, Engineering Failure

    Analysis. 16 (2009) 254–261. https://doi.org/10.1016/j.

    engfailanal.2008.03.004

    [4] R. Pawliczek, D. Rozumek, Cyclic Tests of Smooth

    and Notched Specimens Subjected to Bending and Tor-

    sion Taking into Account the Effect of Mean Stress,

    Materials. 13(9) (2020) 2141. https://doi.org/10.3390/

    ma13092141

    [5] T. Chen., X. Wang, M. Qi, Fatigue improvements

    of cracked rectangular hollow section steel beams

    strengthened with CFRP plates, Thin-Walled Struc-

    tures. 122 (2018) 371–377. https://doi.org/10.1016/j.

    tws.2017.10.019

    [6] M. M. Kashani, S. Cai, S. A. Davis, P. J. Vardane-

    ga, Influence of Bar Diameter on Low-Cycle Fatigue

    Degradation of Reinforcing Bars, Journal of Materials

    in Civil Engineering 31(4) (2019) 06019002. https://doi.

    org/10.1061/(asce)mt.1943-5533.0002637

    [7] E. Zhao, Q. Zhou, W. Qu, W. Wang, Fatigue Proper-

    ties Estimation and Life Prediction for Steels under Ax-

    ial, Torsional, and In-Phase Loading, Advances in Ma-

    terials Science and Engineering. (2020) 1-8. https://doi.org/10.1155/2020/8186159

    [8] A. Fatemi, R. Molaei, Novel specimen geometries for

    fatigue testing of additive manufactured metals under ax-

    ial, torsion, and combined axial-torsion loadings, Inter-

    national Journal of Fatigue. 130 (2020) 105287. https://

    doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2019.105287

    [9] D. A. Renzo, E. Sgambitterra, C. Maletta, F. Furgi-

    uele, C. A. Biffi, J. Fiocchi, A. Tuissi, Multiaxial fatigue

    behavior of SLM Ti6Al4V alloy under different loading

    conditions, Fatigue & Fracture of Engineering Mate-

    rials & Structures. 2021;1–18. https://doi.org/10.1111/

    ffe.13518

    [10] Z. Ebrahimi, S. Negahban, Investigation of Stress

    Concentration Factors for Functionally Graded Hollow

    Tubes with Curved Edges under Torsion, Iranian Jour-

    nal of Materials Forming. 8(2) (2021) 22-34. https://doi:

    10.22099/ijmf.2021.39443.1175

    [11] A. Campagnolo, M. Vormwald, E. Shams, G. Me-

    neghetti, Multiaxial fatigue assessment of tube-tube steel

    joints with weld ends using the peak stress method. Inter-

    national Journal of Fatigue. 135 (2020) 105495. https://

    doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2020.105495

    [12] M. Bӓckstӧrm, G. Marquis, A review of multiaxial

    fatigue of weldments: experimental results, design code

    and critical plane approaches, Fatigue & Fracture of En-

    gineering Materials & Structures. 24(5) (2001) 279–291.

    https://doi.org/10.1046/j.1460-2695.2001.00284.x

    [13] C. Wang, D. G. Shang, X.W. Wang, A new multi-

    axial high-cycle fatigue criterion based on the critical

    plane for ductile and brittle materials, Journal of Materi-

    als Engineering and Performance. 24(2) (2015) 816-824.

    https://doi.org/10.1046/j.1460-2695.2001.00284.x

    [14] F. Frendo, G. Marulo, A. Chiocca, L. Bertini, Fa-

    tigue life assessment of welded joints under sequences of

    bending and torsion loading blocks of different lengths,

    Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Struc-

    tures. 43(6) (2020) 1290-1304. https://doi.org/10.1111/

    ffe.13223

    [15] C. Ronchei, S. Vantadori, Notch fatigue life es-

    timation of Ti-6Al-4V, Engineering Failure Analy-

    sis. 120 (2021) 105098. https://doi.org/10.1016/j.

    engfailanal.2020.105098

    [16] L. Khalij, E. Pagnacco, R. Troian, Fatigue criterion

    improvement of Gough and Nishihara & Kawamoto to

    predict the fatigue damage of a wide range of metallic ma-

    terials, International Journal of Fatigue. 99 (2017) 137–

    1. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2017.02.016

    [17] M. Mohammadi, M. Zehsaz, S. Hassanifard, A.

    Rahmatfam, An evaluation of total fatigue life prediction

    of a notched shaft subjected to cyclic bending load. Engi-

    neering Fracture Mechanics. 166 (2016) 128-138. https://

    doi.org/10.1016/j.engfracmech.2016.08.027

    [18] Y. L. Lee, M. E. Barkey, H. T. Kang, Metal fa-

    tigue analysis handbook: practical problem-solving

    techniques for computer-aided engineering, Elsevier Inc,

    2012