پیش بینی عمر خستگی به کمک آزمون پانچ کوچک

Mabna.

Active member
آزمون پانچ کوچک یکی از تکـنیک های آزمون بر روی نمونه های بسیار کوچک است که قابلیت جایگزینی برای آزمون­های کشش و خزش استاندارد را دارا می­باشد و به تازگی برای پیش بینی عمر خستگی نیز از آن استفاده شده است.

آزمون پانچ کوچک با غلبه بر مشکلاتی که به دلیل جدا کردن نمونه­ های بزرگ در آزمون مخرب پدید می­ آید، می­تواند به طور گسترده در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گیرد.

در مقاله ای که در ادامه معرفی خواهد شد، برای نخستین بار آزمون پانچ کوچک بر روی نمونه های تخریب شده توسط بارگذاری خستگی انجام شده و نتایج آن با نمونه های بکر مقایسه گردیده است. بدین منظور ابتدا آزمون پانچ کوچک بر روی دیسک های کوچکی از جنس فولاد 304 SS و در دمای اتاق با یک نرخ جابجایی ثابت انجام شد و نتایج آن با آزمون کشش استاندارد مقایسه شد.

از آنجایی که بین ماکزیمم نیروی پانچ و مقاومت کششی نهایی ماده یک رابطه خطی وجود دارد، شیب این رابطه خطی به دست آمد. سپس به منظور بررسی میزان تخریب خستگی به کمک آزمون پانچ کوچک، نمونه هایی در معرض بارگذاری خستگی محوری کشش-کشش قرار گرفتند و دیسک­های کوچکی (قطر 10 میلی­متر و ضخامت 0.5 میلی­متر) از این نمونه های تخریب شده جدا شدند.

آزمون پانچ کوچک نشان داد که هرچه میزان تخریب بیشتر باشد، ماکزیمم نیروی پانچ بیشتر کاهش می­یابد و در نتیجه مقاومت کششی نهایی ماده در اثر تخریب خستگی کم می­شود. تئوری پالمگرن- ماینر تطابق بسیار خوبی را بین نظریه آسیب خطی و داده های تجربی به دست آمده از بارگذاری خستگی محوری کشش- کشش نشان داده است، به کمک تئوری ماینر عمر کارکردی و عمر باقیمانده خستگی تخمین زده شد و نشان داده شد که آزمون پانچ کوچک قابلیت مطلوبی در تخمین عمر کارکردی یا عمر باقیمانده خستگی دارد.


واژه­های کلیدی : آزمون پانچ کوچک - تخریب خستگی- تخمین عمر خستگی - پالمگرن ماینر - ماکزیمم نیروی پانچ



جزئیات بیشتر در مقاله زیر از انتشارات معتبر وایلی :


http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/ext.12183/abstract
 

Mabna.

Active member
Abstract


The application of small punch test (SPT) for predicting the axial fatigue life of 304 stainless steel is examined
The results of SPT on predamaged 304 stainless steel sheets show that the increase in fatigue damage decreases the maximum punch load. However, the change in the maximum punch load can be translated into the change in the ultimate strength of the specimen according to the literature. Using the Palmgren–Miner model then, a cyclic load history is estimated that is found to be in good agreement with the actual loading. Consequently, the SPT is suggested as a fatigue life estimating technique where the past loading history is not available. In other words, this study proposes an SPT-based assessment of the remaining fatigue life of used components



ارجاع دادن به مقاله:



Tasdighi, E., Nobakhti, H. and Soltani, N. (2015), Application of Small Punch Test in Predicting the Axial Fatigue Life of 304 Stainless Steel Sheets. Experimental Techniques. doi: 10.1111/ext.12183
 

Mabna.

Active member
در اواخر دهه هفتاد میلادی و اوایل دهه هشتاد، مطالعات بر روی خواص مکانیکی فلزات از روی نمونه های کوچک متمرکز شد.

از آنجایی که مهندسین اغلب با محدودیت اندازه نمونه برای آزمایش روبرو هستند، تکنیک های آزمایش بر روی نمونه های کوچک برای یافتن خواص مکانیکی گسترش پیدا کردند.

آزمون پانچ کوچک در واقع آزمون بر روی نمونه های بسیار کوچکی است که از قطعات مختلف یک سازه حتی در حال سرویس دهی جدا شده تا آزمایش بر روی آن نمونه های کوچک برای بررسی رفتار قطعات صورت گیرد.

به دست آوردن خواص مکانیکی دقیق برای قطعات در حال کار می­تواند به عنوان کلیدی برای افزایش قابلیت اطمینان قطعات و بهبود پروسه های کارکردی و بازرسی تلقی شود تا عمر قطعات در حال کار افزایش یابد و آزمایش پانچ کوچک ظرفیت تهیه اطلاعات درباره رفتار تنش- کرنش را از نمونه­های کوچکی که از قطعات واقعی و در حال سرویس دهی جدا شده اند، داراست.
 

Mabna.

Active member
یکی از مهمترین نیازهای مهندسان آگاهی از خواص مکانیکی قطعات سازه های مختلف در صنایع گوناگون و در شرایط کارکردی مختلف، مانند مقاومت کششی، چکش خواری، چقرمگی شکست، مقاومت خستگی، مقاومت خزشی و ... می­باشد.

به عنوان مثال در نیروگاه ها، قطعات مختلفی در معرض آسیب های خستگی، خزش، خوردگی و... قرار دارند. مانند هدرها و لوله هایی که در معرض دمای بالا هستند، درام های پر فشار، توربین ها، روتور ژنراتورها و بسیاری از قطعات حساس دیگر.

برای انجام آزمایش بر روی این قطعات، جدا کردن نمونه های بزرگ برای انجام آزمون مخرب دشواری های زیادی دارد، از طرفی آزمون های غیر مخرب نسبت به آزمون های مخرب از دقت چندانی برخوردار نیستند. آزمون پانچ کوچک که تنها به حجم بسیار کمی از ماده برای انجام آزمایش نیاز دارد، این نقیصه آزمون های مخرب و غیرمخرب را جبران می­کند.
 

Mabna.

Active member
روشی که برای پیش بینی عمر خستگی به کمک آزمون پانچ کوچک صورت می پذیرد، مبتنی بر روش تنش- عمر است.

روش تنش- عمر یک روش مبتنی بر تنش است و با استفاده از چندین مشخصه از دیگر فنون تحلیل و طراحی خستگی متمایز می­شود : تنش­های سیکلی پارامترهای حاکم بر گسیختگی خستگی می­باشند، شرایط خستگی پرچرخه موجود است، تغییر شکل پلاستیک ناشی از بارگذاری سیکلی جزئی است.

منحنی S-N ماده می­تواند برای نمونه های ماده یکنواخت استاندارد، قطعات سازه ای ساخته شده تکی، قطعات زیر مجموعه یا برای سازه های کامل ایجاد شود.

از جمله کاربردهای این روش نوین که در مقاله مذکور آمده است می توان به محاسبه عمر خستگی در حوزه بویلرهای بازیاب می­توان به استاندارد EN-12952-3 اشاره کرد.




در بویلرهای بازیاب عوامل مختلفی باعث ایجاد بارهای نوسانی می­شود. این بارهای نوسانی می­تواند سبب تخریب قطعات با مکانیزم خستگی گردد. برخی از متداول­ترین عوامل ایجاد بارهای نوسانی شامل تغییرات فشار کارکرد، تغییرات و ناپایداری دما، تغییر در شرایط کارکرد توربین گازی و محدودیت در انبساط و انقباض قطعات در هنگام تغییرات دما می­باشد
 

Mabna.

Active member
خستگی محوری کشش- کشش سبب کاهش خواص مکانیکی قطعه می شود.
یکی از این خواص، استحکام نهایی قطعه می باشد.

بنابراین با بررسی میزان کاهش استحکام نهایی قطعه به کمک آزمون پانچ کوچک، می توان عمر باقیمانده خستگی را تخمین زد.
جزئیات بیشتر این موضوع در مقاله مربوط به سال 2016 ذکر شده است:


Application of Small Punch Test in Predicting the Axial Fatigue Life of 304 Stainless Steel Sheets

لینک مقاله آزمون پانچ کوچک و خستگی
 
آخرین ویرایش:

Similar threads

بالا