بررسی معیارهای خستگی چند محوره در پیش بینی عمر استوانه توخالی از جنس آلیاژ GH4169 و مقایسه با نمونه مرجع تجربی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

3 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

واماندگی خستگی که در اکثر قطعات مهندسی رخ می­دهد عموماً به بارگذاری چند محوره ارتباط داده می­شود. تغییر محورهای اصلی تنش‌ و کرنش‌ در بارگذاری چندمحوری سبب سخت‌شوندگی اضافی شده و به عنوان عامل اصلی در کاهش عمر خستگی تلقی می‌شود. منشا چندمحوره بودن ریشه در دلایل مختلفی دارد و ممکن است ناشی از چند محوره بودن بارگذاری خارجی، هندسه پیچیده اجزا و یا تنش‌های پسماند باشد.  در تحقیق حاضر معیارهای خستگی چند محوره گوناگونی برای پیش­بینی عمر خستگی قطعه­ای از جنس آلیاژ مورد استفاده قرار گرفته است و با استفاده از روش اجزا محدود یک نمونه استوانه‌ای توخالی از جنس آلیاژ GH4169 تحت بارگذاری چند محوره کرنش کنترلی در دمای بالا، شبیه سازی شده است. حلقه­های پسماند و تخمین عمر حاصل از نتایج شبیه­سازی با نتایج تجربی نمونه مرجع صحت سنجی شده‌اند. نتایج نشان می­دهند رهیافت‌هایی که اثر همزمان تنش، کرنش و سخت‌شوندگی اضافی را (خصوصاً در دمای بالا) در نظر می­گیرند تخمین بهتری از عمر پیش­بینی شده ارائه می­کنند. از میان چندین معیار ارائه شده، به ترتیب معیارهای فاطمی- کورات، معیار فاطمی- سوسی و معیار انرژی بیشترین قرابت و همخوانی را با نتایج تجربی دارند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]           Aid A., Bendouba M., Aminallah L., Amrouche A., Benseddiq N. and Benguediab M., An equivalent stress process for fatigue life estimation under multiaxial loadings based on a new non linear damage model, Materials Science and Engineering: A, Vol. 538, pp. 20-27, 2012.
[2]           Han C., Chen X. and Kim K., Evaluation of multiaxial fatigue criteria under irregular loading, International Journal of Fatigue, Vol. 24, pp. 913-922, 2002.
[3]           Shang D.-G., Sun G.-Q., Deng J. and Yan C.-L., Multiaxial fatigue damage parameter and life prediction for medium-carbon steel based on the critical plane approach, International Journal of Fatigue, Vol. 29, pp. 2200-2207, 2007.
[4]           Chen H., Shang D.-G. and Bao M., Selection of multiaxial fatigue damage model based on the dominated loading modes, International Journal of Fatigue,Vol. 33, pp. 735-739, 2011.
[5]           Wu Z., Hu X. and Song Y., Multi-axial fatigue life prediction model based on maximum shear strain amplitude and modified SWT parameter, Jixie Gongcheng Xuebao(Chinese Journal of Mechanical Engineering), Vol. 49, pp. 59-66, 2013.
[6]           Fatemi A. and Shamsaei N., Multiaxial fatigue: An overview and some approximation models for life estimation, International Journal of Fatigue,Vol. 33, pp. 948-958, 2011.
[7]           Brown M. and Miller K., A theory for fatigue failure under multiaxial stress-strain conditions," Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Vol. 187, pp. 745-755, 1973.
[8]           Chen X., Xu S. and Huang D., A critical plane‐strain energy density criterion for multiaxial low‐cycle fatigue life under non‐proportional loading, Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, Vol. 22, pp. 679-686, 1999.
[9]           Shamsaei N., Fatemi A. and Socie D. F., Multiaxial fatigue evaluation using discriminating strain paths, International Journal of Fatigue, Vol. 33, pp. 597-609, 2011.
[10]         Sun G.-Q. and Shang D.-G., Prediction of fatigue lifetime under multiaxial cyclic loading using finite element analysis, Materials & Design, Vol. 31, pp. 126-133, 2010.
[11]         Findley W. N., A theory for the effect of mean stress on fatigue of metals under combined torsion and axial load or bending: Engineering Materials Research Laboratory, Division of Engineering, Brown University, 1958.
[12]         Smith K., Topper T. and Watson P., A stress-strain function for the fatigue of metals(Stress-strain function for metal fatigue including mean stress effect), Journal of materials, Vol. 5, pp. 767-778, 1970.
[13]         Socie D., Multiaxial fatigue damage models, Journal of Engineering Materials and Technology, Vol. 109, pp. 293-298, 1987.
[14]         Wang C. and Brown M., A path‐independent parameter for fatigue under proportional and non‐proportional loading, Fatigue & fracture of engineering materials & structures, Vol. 16, pp. 1285-1297, 1993.
[15]         Kandil F., Brown M., and Miller K., Biaxial low-cycle fatigue failure of 316 stainless steel at elevated temperatures, in Mechanical behaviour and nuclear applications of stainless steel at elevated temperatures, ed, 1982.
[16]         Fatemi A.and Socie D. F., A Critical Plane Approach to Multiaxial Fatigue Damage Including out‐of‐Phase Loading, Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, vol. 11, pp. 149-165, 1988.
[17]         Wang Y.-Y.and Yao W.-X., Evaluation and comparison of several multiaxial fatigue criteria, International Journal of Fatigue,Vol. 26, pp. 17-25, 2004.
[18]         G. M. Ghajar R, Analysis of Mechanical Structures Under Multiaxial Fatigue: KNTU Press, 2010.
[19]         Fatemi A. and Kurath P., Multiaxial fatigue life predictions under the influence of mean-stresses, Journal of Engineering Materials and Technology, vol. 110, pp. 380-388, 1988.