تخمین عمر خستگی و msc fatigue چیست؟

نتایج تجربی نشان داد که شکست با شروع و انتشار ترک در صفحه پایینی بتن آغاز شد، با حالت شکست نهایی به عنوان شکست برشی در صفحه پایین و لغزش سطحی بین صفحه و صفحه پایین مشخص شد. هنگامی که طول عمر خستگی به چرخه های 6 × 106 (بار هم دامنه) یا 2 × 106 (بار دامنه متغیر) نزدیک شد، کاهش واضحی در سفتی مشاهده نشد و ترک ها به کندی رشد کردند، که مقاومت خوبی در برابر خستگی در بارگذاری چرخه ای نشان داد. بار شبه استاتیکی علاوه بر این، محل شروع ترک و عمر خستگی بر اساس تئوری آسیب خستگی پیش‌بینی می‌شود که تطابق خوبی با نتایج آزمایش نشان می‌دهد. سازه های فولادی در شرایط عملیاتی به طور اجتناب ناپذیری به عوامل تصادفی مختلفی بستگی دارد. از جمله تأثیرگذارترین عوامل، ویژگی‌های چرخه بار، مانند میانگین‌ها و دامنه‌های تنش است. بنابراین، دانش توزیع احتمال آنها برای تحلیل و پیش‌بینی msc fatigue بسیار مهم است. مدل‌های مخلوط احتمالی محدود قبلاً برای این منظور استفاده شده‌اند.

مزایای msc fatigue:

مدل‌های مخلوط با مولفه‌های log- مدل به طور قابل توجهی بهتر از مخلوط های گاوسی عمل می کند و بنابراین می تواند به عنوان یک مدل مناسب در موارد مشابه استفاده شود. سازه های بتنی اغلب تحت بارگذاری عمر خستگی ناپیوسته عمل می کنند. در این کار، آزمایش های msc fatigue ناپیوسته برای اولین بار برای بررسی عملکرد عمر خستگی بتن معمولی تحت بارگذاری چرخه ای ناپیوسته طراحی شد. در طول تست‌های msc fatigue ناپیوسته، چرخه‌های تنش مکرر با فواصل زمانی بدون بار با مدت‌های مختلف قطع شد. نتایج نشان داد که فاصله زمانی می‌تواند باعث ایجاد تغییر شکل پلاستیک تولید شده توسط بارگذاری چرخه‌ای شود. کرنش باقیمانده در یک چرخه فاصله دار چرخه S، که یک بازه زمانی را دنبال می کند، به طور قابل توجهی بزرگتر از یک چرخه معمولی چرخه  N بود، که هیچ فاصله ای قبل از آن وجود ندارد. تخمین عمر خستگی با نرم افزار msc fatigue، که توسط یک مدل اتلاف انرژی تخمین زده شد، نمونه مورد استفاده در آزمایش‌های عمر خستگی ناپیوسته: کمتر از آزمایش‌های تخمین عمر خستگی معمولی بود. عمر خستگی ناپیوسته: با این حال، زاویه دیلاتانسی در هر دو چرخه S و N ثابت ماند. آستانه بازه زمانی در 120 ثانیه با حداکثر نرخ کاتالیزوری 117 درصد برای بتن آزمایش شده مشخص شد.به عنوان نمونه‌هایی از فولادهای جدید ساختاری با کارایی بالا، فولادهای با نقطه تسلیم پایین به دلیل ویژگی‌های عالی خود در فناوری اتلاف انرژی و طراحی لرزه‌ای مورد توجه فزاینده‌ای قرار گرفته‌اند. از آنجا که بارگذاری چرخه ای دینامیکی در طول عمر خستگی مفید در کاربردهای مهندسی اجتناب ناپذیر است، توسعه درک عمیق از رفتار تخمین عمر خستگی این ماده بسیار مهم است. در اینجا، رفتار تخمین عمر خستگی(msc fatigue) چرخه پایین است، فولادهای نقطه تسلیم پایین تولید شده در چین، یعنی LY100، LY160، و LY225، با استفاده از یک رویکرد مبتنی بر انرژی بررسی شده است. کوپن های فولاد محوری با بارگذاری چرخه ای کاملاً معکوس و فشاری با نسبت کرنش اسمی Râ¯=â¯â1 با نرخ کرنش ثابت 0.1% Sâ1 آزمایش می شوند. دامنه کرنش از 0.5٪ تا 6.0٪ در افزایش 0.5٪ متغیر است. ابتدا جزئیات تجربی و نتایج عمر خستگی معرفی شده است. پس از آن، با استفاده از یک رویکرد مبتنی بر انرژی، انرژی کرنش پلاستیک حلقوی، خواص حلقه پسماند چرخه‌ای، و تخمین عمر خستگی(msc fatigue) به طور کامل تجزیه و تحلیل می‌شوند. در نهایت، یک روش ساده برای تخمین عمر خستگی پیشنهاد شده است. نتایج نشان می‌دهد که چگالی انرژی کرنش پلاستیک یک پارامتر مهم برای msc fatigue چرخه پایین فولادهای نقطه تسلیم پایین با درجه دقت قابل قبولی است. روش ساده پیشنهادی می‌تواند یک جایگزین موثر و قابل اعتماد برای بررسی msc fatigue چرخه فولادهای نقطه تسلیم پایین ارائه کند.

چهارده نمونه تولید و تحت بارگذاری عمر خستگی:

چهار نقطه مورد آزمایش قرار گرفتند، که طی آن خوردگی تقویت‌کننده با یک روش تسریع شده با استفاده از محلول NaCl 5٪ همراه با یک جریان تحت تاثیر ثابت القا شد. چهار سطح مختلف از حداکثر بار خستگی، یعنی 50٪، 55٪، 65٪ و 75٪ از ظرفیت بارگذاری نهایی با فرکانس های بارگذاری خستگی 1.5 â¯Hz و 4.5â¯Hz و جریان های تحت تاثیر خوردگی 0.5â¯A 1.0â¯A، 1.5â¯A و 2.5â¯A به تیرها اعمال شد. الگوهای ترک، حالت‌های شکست، msc fatigue، خوردگی تقویت‌کننده و سفتی خمشی مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج آزمایش نشان داد که گنجاندن خوردگی به طور قابل توجهی باعث کاهش شکل‌پذیری، عمر خستگی و سفتی خمشی تیرهای RC شد. سطوح بیشتر از حداکثر بار خستگی و جریان تحت تاثیر تمایل به کوتاه شدن عمر خستگی دارد. خوردگی عمومی و موضعی به طور همزمان تحت اثرات مشترک بارگذاری خستگی و خوردگی رخ می دهد. همچنین مشخص شد که سفتی خمشی تیرهای RC تحت بارگذاری خستگی همراه و خوردگی در چرخه‌های بارگذاری اولیه افزایش یافته و سپس تقریباً پایدار باقی می‌ماند و به دنبال آن یک کاهش سریع درست قبل از شکست وجود دارد. قابلیت ساخت افزودنی  AM برای ساخت مواد چندگانه امکان ساخت اجسام پیچیده و چند منظوره با ترکیبات مواد ناهمگن و خواص مکانیکی متفاوت را می دهد. فرآیند جت پران مواد AM به طور خاص توانایی ساخت ساختارهای چند ماده ای با خواص مواد و انعطاف پذیر را دارد. تحقیقات موجود خواص خستگی نمونه های پرینت سه بعدی چند ماده ای را بررسی کرده است و نشان می دهد که در رابط های چند ماده ای ضعف وجود دارد. در عوض، این مقاله به دنبال بررسی اثرات انتقال تدریجی مواد بر عمر خستگی نمونه‌های چند ماده‌ای چاپ‌شده سه بعدی است.

بررسی msc fatigue در رابط چند ماده ای:

گرادیان های گام به گام با گرادیان های پیوسته ایجاد شده از طریق طراحی مبتنی بر وکسل مقایسه می شوند. نتایج نشان‌دهنده اثرات الگوهای گرادیان مواد مختلف و طول‌های انتقال مواد مختلف بر عمر خستگی نمونه‌های چند ماده‌ای است. علاوه بر این، رفتار کامپوزیت‌های مواد منفرد برای تأیید اینکه چگونه طراحی‌های گرادیان بر اساس ترکیبات مختلف مواد بر خواص آنها تأثیر می‌گذارد، مورد مطالعه قرار می‌گیرد. برای کنترل لرزه ای و تکنیک های جداسازی، فولادهایی با نقطه تسلیم پایین از جمله مطمئن ترین و ایده آل ترین مواد اتلاف کننده انرژی هستند. سازه‌ها در شرایط زلزله معمولاً تحت بارهای چرخه‌ای با دامنه‌های کرنش بزرگ قرار می‌گیرند، که در آن خستگی سیکل کم و عملکرد شکست تحت بارگذاری مکرر یک نیاز ضروری است. در مطالعه ارائه شده در این مقاله، بررسی جامع و سیستماتیک بر روی خواص خستگی سیکل پایین و رفتارهای شکست فولادهای نقطه تسلیم پایین (LY100، LY160 و LY225) انجام شد. کوپن های فولادی، محوری تحت دامنه های مختلف کرنش ثابت از 0.5٪ تا 6٪ با افزایش 0.5٪ آزمایش شدند. پس از معرفی جزئیات تجربی، مشاهدات و عمر خستگی گزارش شده است. سپس، بر اساس داده های تجربی، رفتار سخت شدن چرخه ای و پاسخ تنش-کرنش چرخه ای به طور کامل مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرند. در نهایت با هدف پیش‌بینی عمر خستگی سیکل پایین، پارامترهای مادی رابطه کافین-منسون و مدل کورودا تعیین و تحلیل‌های مقایسه‌ای انجام شد. این مقاله ممکن است مرجع ارزشمندی برای کاربردهای مهندسی و تحقیقات بیشتر در مورد عملکرد خستگی چرخه پایین فولاد با نقطه تسلیم پایین باشد.

جمع بندی 

عمر خستگی سازه مهندسی شامل دو بخش است: عمر شروع ترک و عمر انتشار ترک. مکانیک شکست برای تخمین عمر انتشار ترک در سازه های مهندسی واقعی به کار گرفته شده است و دستاوردهایی نیز داشته است. در واقع، مطالعه موجود نشان داد که شروع ترک خستگی نیز یک دوره مهم در کل زندگی خستگی است. بنابراین، روش جدیدی برای پیش‌بینی کل عمر خستگی با نرم افزار msc fatigue اجزای بریدگی بر اساس تئوری مکانیک آسیب در این مقاله پیشنهاد شده است. معادله تکامل آسیب نمونه شکاف تحت بارگذاری فشاری کششی بر اساس محلول شکل بسته به دست می‌آید. توزیع تنش ریشه شکافی با استفاده از روش اجزای محدود مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. کل عمر خستگی نمونه بریدگی با روش پیشنهادی زمانی که فاکتور تمرکز تنش متفاوت است تخمین زده می شود. تأیید شده است که نتایج محاسبه شده با روش پیشنهادی به نتایج تجربی نزدیک است و مدل ارائه شده در این مقاله نسبت به قانون منسون-تابوت برتری دارد. نتایج نشان می دهد که روش پیشنهادی مختصر، موثر و برای کاربرد عملی امکان پذیر است.

نویسنده: مصطفی عینعلی، کارشناس دپارتمان مهندسی مواد و متالورژی