عنوان : تحلیل تنش­ های پسماند ناشی از جوشکاری در صفحات دارای بازشو و سخت­ کننده

دانشگاه فردوسی مشهد

دانشکده­ مهندسی

گروه مهندسی عمران

پایان­نامه کارشناسی ارشد سازه

عنوان:

تحلیل تنش­های پسماند ناشی از جوشکاری در صفحات دارای بازشو و سخت­ کننده

استاد راهنما:

جناب آقای دکتر شهابیان

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
چکیده:
در فرآیند جوشکاری بعد از مرحله­ی سرد شدن جسم، به علت توزیع ناهمسان دما، تنش­هایی در آن باقی می­ماند که تنش‌های پسماند نامیده می­گردد. برای به دست آوردن این تنش­ها بایستی تاریخچه دمایی جسم در طی فرآیند جوشکاری در دسترس باشد. برای این مقصود آغاز یک تحلیل حرارتی صورت می­گیرد تا تاریخچه دمایی جسم به دست آید. با داشتن تاریخچه دمایی و انجام تحلیل مکانیکی، تنش­ها و تغییرشکل‎های پسماند به دست می­آید.
در این پژوهش، با بهره گیری از روش اجزای محدود ناخطی در نرم­افزار ANSYS، تحلیل حرارتی و مکانیکی جوش برای صفحات دارای بازشو و سخت­کننده انجام‌گرفته و تنش­های پسماند به دست آمده می باشد. نتایج حاصل نشان می­دهد که در اثر وجود بازشو و سخت­کننده در صفحات، مقدار تنش­های پسماند ناشی از جوشکاری ممکن می باشد به اندازه 30 درصد تغییر یابد. مطالعه اثر فاصله سخت­کننده ­از محور جوش نشان می­دهد که با افزایش این فاصله تا 6 برابر ضخامت صفحه، تنش­های پسماند کاهش می­یابد و از این فاصله به بعد، سخت­کننده تأثیر چندانی در کاهش تنش‌های پسماند ندارد. با در نظر داشتن نتایج حاصل نظاره می­گردد که با انتخاب سخت‌کننده با مساحت سطح مقطع یکسان اما با ضخامت بیشتر تا حدود 20 درصد از مقدار تنش­های پسماند کاسته می­گردد. مطالعه تنش­های پسماند در صفحات دارای بازشو و سخت­کننده با ابعاد مختلف نشان می­دهد که نسبت ابعاد صفحات تأثیری در مقدار و محل بیشینه تنش­های پسماند ندارد.
فصل اول: مقدمه
1-1- پیشگفتار
برای اتصال دو قطعه، روش­های مختلفی هست. مهم‌ترین این روش­ها بهره گیری از جوش، پیچ و پرچ می باشد. در این بین بهره گیری از جوش در ساختمان­سازی بسیار رایج می باشد. قدمت بهره گیری از جوش در ساخت اسکلت­­های فولادی شاید به 100 سال برسد. طی این سال­ها، پیشرفت­های قابل‌توجهی در شناخت جوش و توسعه فن­آوری مربوط به آن صورت گرفته می باشد.
مهم‌ترین علت های بهره گیری از جوش را می‌توان به گونه اختصار به صورت زیر اظهار نمود:
1- برای اتصال دو قطعه به هم محدودیتی در ضخامت وجود ندارد.
2- سرعت بالای تولید.
3- استحکام بالا (ساختار یکپارچه).
4- اقتصادی بودن اتصال.
5- انعطاف­پذیری در طراحی جوش (تنوع فرآیندهای جوشکاری و قابلیت انجام شدن دستی یا خودکار).
اما با در نظر گرفتن این مزایا فرآیند جوشکاری دارای معایب زیر می باشد:
1- اتصال دایمی بوده و امکان جداسازی قطعات وجود ندارد.
2- نیاز به بازرسی.
3- نیاز به مهارت در روش­های دستی و تجهیزات گران­قیمت در روش­های خودکار.
اما مهم‌ترین عیب در یک قطعه جوشکاری شده، تولید تنش و تغییر شکل پسماند[1] در قطعه می باشد. در عملیات جوشکاری، بعد از مرحله سرد شدن جسم، تنش‌هایی در آن باقی می‌ماند که به آن‌ها تنش‌های پسماند می‌گویند. این تنش‌ها و همچنین تغییر شکل‌های ناخواسته ناشی از جوشکاری، مهم‌ترین عواملی هستند که باعث ضعیف شدن اتصالات جوش و ناکارایی آن‌ها در تحمل طولانی مدت بارها، شده‌اند. از این رو، مهندسین علاقمند به دانش کاملی از توزیع تنش‌های پسماند در سرتاسر جوش، روش‌های تغییر دادن آن و نیز انتخاب طریقه جوشکاری مناسب که بتواند تنش‌های پسماند را به حداقل ممکن کاهش دهد، هستند ]1[.
روش‌های تجربی اندازه‌گیری تنش‌های پسماند جوشکاری علاوه بر گران‌قیمت بودن در بعضی از موردها مستلزم عملیات سوراخ‌کاری و یا مقطع زنی در قطعه جوش داده‌شده بوده و فقط مقدار تنش را در سوراخ‌های ایجادشده و یا در بلوک‌های جداشده به دست می‌دهند. پیشرفت روش‌های تجربی نا­مخرب اگرچه توانست تا حدودی این کاستی‌ها را جبران کند، اما نمی‌تواند جوابگوی تمامی معضلات باشد. به همین دلیل نیاز بیش­تری به روش‌های تحلیلی احساس می گردد.
با وجود این معضلات، جوشکاری هنوز به عنوان بهترین روش اتصال قطعات مورد بهره گیری قرار می‎گیرد. از همین ­رو، در زمینه رفتار جوش در موردها گوناگون مطالعه شده و استانداردهای مناسبی ارائه گردیده می باشد و از این استانداردها به گونه جدی در طراحی و اجرای اتصالات جوش بهره گیری می­گردد و می‌توان از معضلات به وجود آمده در قطعات جوشکاری شده پیشگیری نمود.
2-1- مبانی جوشکاری
1-2-1- تعریف جوش
بر اساس استاندارد ANSI/AWS A3.0-89 که مشتمل بر تعریف­ها و عبارت­های استاندارد جوشکاری می باشد، جوشکاری عبارت می باشد از یک فرآیند اتصال­دهی که یک ماده یکپارچه را به وسیله حرارت­دهی تا دمای جوش، با اعمال فشار و یا بدون آن و با بهره گیری از ماده پرکننده و یا بدون بهره گیری از آن، تولید می­کند.
یک قطعه جوشکاری شده شامل 3 ناحیه فلز پایه، فلز جوش و ناحیه متأثر از حرارت بوده که در شکل 1-1 نشان داده شده می باشد.
2-2-1- انواع اتصالات جوشی
در شکل 1-2 انواع اتصالات جوشی نشان داده شده می باشد. این اتصالات عبارتند از:
الف– اتصال لب به لب.
ب– اتصال پوششی (روی‌هم).
پ– اتصال گوشه.
ت– اتصال سپری.
ث– اتصال پیشانی.
3-2-1- انواع جوش
انواع اتصالات را می‌توان به روش‌های متفاوتی جوشکاری نمود. در شکل 1-3 انواع جوش نشان داده شده می باشد که عبارت‌اند از:
الف– جوش شیاری [1].
ب– جوش گوشه[2].
پ–  جوش کام.
ث–  جوش انگشتانه.
 دو نوع جوش شیاری از نوع لب­به­لب[3] و جوش گوشه پر کاربردترین جوش­ها می­باشند. کاربرد جوش کام و انگشتانه به موردها خاص محدود می­گردد.
4-2-1- جوش شیاری
 برای اتصال دو لبه به صورت لب­به­لب از جوش شیاری بهره گیری می­گردد. در صفحات نازک (ضخامت کمتر از 3 میلی‌متر) احتیاجی به آماده­سازی لبه­ها نیست؛ اما در صفحات ضخیم برای نفوذ کامل جوش احتیاج به آماده­سازی لبه­های قطعه کار می باشد. جوش شیاری می­تواند به دو صورت یک طرفه و دو طرفه انجام گردد. در شکل 1-4 انواع آماده­سازی لبه نشان داده شده می باشد.
3-1- جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود روکش‌دار
در این روش گرمای مورد نیاز برای جوشکاری از قوس الکتریکی به وجود آمده بین الکترود و قطعه کار حاصل می­گردد. نوک الکترود، حوضچه­ی جوش مذاب، قوس و موضع جوش بر روی قطعه کار توسط گاز محافظ حاصل از تجزیه و احتراق پوشش الکترود محافظت می­گردد؛ اما محافظت حاصل از این گاز، نسبت به روش‌های GTAW و GMAW به خاطر عدم جریان مناسب گاز محافظ، کامل نبوده و محافظت اضافی از حوضچه­ی مذاب توسط سرباره­ی مذاب انجام می­گردد.
تجهیزات مورد بهره گیری در این روش منبع تغذیه، انبر جوشکاری، کابل­های اتصال و الکترود می باشد. الکترود­های مورد بهره گیری در این روش دارای ترکیب­های شیمیایی بسیار متفاوت از مغزه­ی فولادی و هم­چنین انواع بسیار متنوعی از نظر وزن و جنس روکش می­باشند. ضخامت قطعه، وضعیت جوشکاری و نوع اتصال، تعیین‌کننده قطر الکترود می­باشند. فرم کلی نام­گذاری الکترودها به صورت EXX(X)XX می باشد. حرف E نشان‌دهنده‌ی الکترود می باشد، دو (یا سه) رقم اول نشان‌دهنده‌ی حداقل استحکام کششی فلز جوش بر حسب ksi (کیلوپوند بر اینچ­مربع)، رقم بعدی نشان‌دهنده‌ی وضعیت جوشکاری می باشد، رقم 1 مناسب برای جوشکاری در تمام وضعیت­ها، 2 برای جوشکاری در وضعیت­های تخت و افقی و 4 برای کلیه حالت­ها به غیر از عمودی سر بالا می باشد. رقم آخر به جنس پوشش و قابلیت به‌کارگیری آن بستگی دارد، هم­چنین نوع جریان قابل‌بهره گیری را مشخص می­کند. تجهیزات مورد بهره گیری در این روش در شکل 1-5 نشان داده شده می باشد ]2[.
4-1- ساماندهی پایان نامه
در این پایان­نامه به فرآیند جوشکاری، تنش‌های پسماند ناشی از جوشکاری و مطالعه اثر تنش­های پسماند در صفحات دارای بازشو و سخت­کننده پرداخته می­گردد. فصل اول به معرفی جوش، اتصالات جوشی و روش‎های جوشکاری اختصاص دارد. در فصل دوم، چگونگی استخراج معادلات حاکم بر رفتار حرارتی و مکانیکی جوش و علل شکل­گیری تنش‌ها و تغییرشکل­های پسماند در فرآیند جوشکاری تشریح می­گردد. در فصل سوم، پیشینه پژوهش در مورد جوشکاری، تنش­ها و تغییرشکل­های پسماند ناشی از آن مورد مطالعه قرار می­گیرد. در فصل چهارم، چگونگی مدل­سازی فرآیند جوشکاری، راستی­آزمایی و چگونگی استخراج تنش‌های پسماند با بهره گیری از نرم­افزار ANSYS تبیین داده می­گردد. در فصل پنجم، آغاز به تنش­های پسماند ناشی از جوشکاری در صفحات دارای بازشو پرداخته می­گردد و در ادامه، اثر تنش­های پسماند بر رفتار این صفحات مورد تحلیل و مطالعه قرار می­گیرد. در فصل ششم به تنش­های پسماند ناشی از جوشکاری در صفحات دارای سخت­کننده پرداخته می­گردد. در فصل هفتم، نتیجه­گیری و پیشنهاد برای پژوهش­های آینده آورده می­گردد.
فصل دوم: تحلیل حرارتی و مکانیکی جوش
1-2- پیشگفتار
برای مدل‌سازی یک جوش دو روش هست. اولین روش، کوپل مستقیم می باشد که در آن برای مدل کردن جوش از یک جزء که توانایی تحلیل حرارتی و مکانیکی را به صورت توأم دارد، بهره گیری‌ می­گردد. روش دوم روش غیر کوپل می باشد که در آن دو تحلیل جداگانه شکل میگیرد. آغاز یک مدل حرارتی ایجاد شده و یک تحلیل انتقال حرارت انجام می گردد. زیرا گرمایش در فرآیند جوشکاری موقتی می باشد و محل و مقدار این گرما با در نظر داشتن زمان تغییر می کند، پس این تحلیل حرارتی بایستی یک تحلیل گذرا باشد و زیرا مقادیر داده‌های مسئله با در نظر داشتن تغییرات حرارتی در قطعه تغییر می‌کنند، پس تحلیل حرارتی مذکور یک تحلیل ناخطی می باشد. از این تحلیل، تاریخچه دمایی تعیین می گردد. مدل دوم که از نتایج تاریخچه دمایی به دست آمده از تحلیل اول به عنوان بار حرارتی بهره گیری می کند، یک تحلیل مکانیکی می باشد که تنش‌های پسماند و تغییرشکل‌های ناشی از جوش را به دست می‌دهد.
در این فصل به مبانی تحلیل حرارتی و مکانیکی پرداخته می گردد.
2 Groove weld
3 Fillet weld
4 Butt weld
1 Residual
تعداد صفحه : 150
قیمت : 14700 تومان

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   دانلود پایان نامه : توسعه منحنی های شکنندگی برای ارزیابی لرزه ای سازه های فولادی

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می گردد.

پشتیبانی سایت :        ****       [email protected]

دسته‌ها: عمران