پاورپوینت خرابی ناشی از بارگذاری استاتيکی

— پاورپوینت شامل تصاویر میباشد —-

اسلاید ۱ :

مقدمه

—منظور از بار استاتیکی، نیرو یا گشتاوری اعمالی به عضو است بطوریکه اندازه، نقطه اثر و جهت اعمال آن عوض نشود. بار استاتیکی میتواند بصورت کششی، فشاری، برشی، خمشی، پیچشی و یا ترکیب آنها باشد.

—خرابی (Failure) یا تخریب میتواند بصورت چند تکه شدن، تغییر شکل دائمی و یا هر نوع نقصی که قطعه را از انجام وظیفه مختل کند.

—در این فصل توجه به امکان پیش بینی خرابی (شامل اعوجاج و یا جدائی در قطعات) تحت اعمال بارگذاری استاتیکی می باشد.

—بی شک در طراحی خوب، میانگین تنش موجود در قطعه باید فاصله مناسبی تا میانگین استحکام قطعه داشته باشد.

—

اسلاید ۲ :

استحکام استاتیکی

—طراح در طراحی یک قطعه جدید باید به انبوهی از نتایج آزمایشهای استحکام مواد برگزیده دسترسی داشته باشد.

—در حالت ایده آل آزمایش باید بر روی قطعه با همان ابعاد و شکل واقعی و فرایند ساخت، و با همان شرایط کاری و بارگذاری واقعی صورت پذیرد. تا استحکام واقعی قطعه مشخص شود. این آزمایش قطعا نتایج بسیار دقیق خواهد داشت.

—هزینه جمع آوری چنین اطلاعات گسترده ای قبل از پروسه طراحی تنها وقتی توجیه دارد که بحث خطر جانی انسان و یا تولید بسیار انبوه آن قطعه مطرح باشد. زیرا هزینه ها تقسیم بر تعداد ناچیز میشود.

—به عنوان مثال، یخچالها قابلیت اطمینان بالایی دارند. زیرا قطعات آنها که به تولید انبوه می رسند، در حین ساخت بطور کامل تست میشوند.

—

اسلاید ۳ :

—با توجه به امکان انجام تست، ۴ استراتژی در طراحی وجود دارد:

.۱خرابی قطعه موجب خطر جانی میشود و یا قطعه در تعداد بسیار انبوه تولید میشود، لذا انجام تست در جریان طراحی و ساخت توجیه پذیر است.

.۲تولید قطعه به اندازه ای است که انجام برخی از تستها امکان پذیر است.

.۳تعداد قطعات تولیدی آنقدر کم است که انجام تست توجیه اقتصادی ندارد و یا زمان برای طراحی آنقدر کم است که نمیتوان زمانی برای انجام تستها در نظر گرفت.

.۴قطعه قبلا طراحی، ساخته و تست شده و نتایج نارضایت بخش بوده است. حال باید بررسی در جهت یافتن مشکل، رفع عیب و بهبود طراحی صورت پذیرد.

اسلاید ۴ :

—در اکثر موارد طراحی، در استراتژی سوم هستیم. در این حالت اطلاعات مربوط به استحکام تسلیم، استحام نهایی، درصد کاهش سطح مقطع، درصد ازدیاد طول و … را میتوان از منابع انتشار یافته معتبر بدست آورد.

—بی شک، این اطلاعات کلی و محدود میباشند.

—سوال این است که چگونه میتوان از این اطلاعات محدود در طراحی قطعه تحت بارگذاری استاتیکی یا دینامیکی، حالت تنش دو بعدی و سه بعدی، در دمای بالا و پایین، قطعات بزرگ و کوچک استفاده کرد؟

—جواب این سوالات در تئوریهای خرابی داده میشود.

—

اسلاید ۵ :

تمرکز تنش

—تمرکز تنش یک اثر موضعی و محلی است.

—اگر یک قطعه شکل پذیر (ductile) در معرض بار استاتیکی باشد، اعمال بار میتواند سبب تسلیم در نقاط موضعی تمرکز تنش شود. از طرفی تسلیم موجب کرنش سختی و افزایش استحکام تسلیم در نقاط موضعی تمرکز تنش میشود.

—لذا قطعه شکل پذیر میتواند بار استاتیکی را با وجود تسلیمهای موضعی، بدون آنکه تسلیم کلی در آن روی دهد، تحمل کند.

—به همین دلیل در بارگذاریهای استاتیکی ضریب تمرکز تنش در مواد شکل پذیر برابر واحد در نظر گرفته میشود. البته به شرطی که شکست ترد در قطعه روی ندهد.

—تعریف ضریب تمرکز تنش هندسی یا تئوری:

اسلاید ۶ :

—در تعریف تنش نامی (snom) در مرجع مورد استفاده باید دقت شود که آیا برابر بار اعمالی تقسیم بر سطح حمال بار است یا کل سطح.

—

—

—

—

—در مواد ترد، تغییر شکل پلاستیک وجود ندارد و اثر تمرکز تنش موجب شروع شکست در نقاط تمرکز تنش و به تبع آن در کل قطعه میشود. لذا بکارگیری ضریب تمرکز تنش لازم است.

—یک قاعده استثناء در این مورد، مواد تردی است که ذاتا دارای ناپیوستگیهای ریز داخلی هستند که باعث تمرکز تنش بسیار بدتر نسبت به ناپیوستگیهای هندسی می کنند.

اسلاید ۷ :

—قالب گیری با ماسه ایجاد حباب هوا یا بخار آب داخل قطعه میکند. و یا ساختار دانه ای چدن دارای پولکهای گرافیک است که استحکام پایینی دارند و در جریان انجماد تولید ترک ریز میکنند.

—در جریان کشش چدن، استحکام بدست آمده در برگیرنده تمامی تمرکز تنشهای ذاتی میباشد. لذا دیگر نیازی به استفاده از ضریب تمرکز تنش Kt نیست.

—یکی از مهمترین منابع در مورد ضرایب تمرکز تنش مربوط به کار آقای Peterson است که شیوه بکارگیری ضریب تمرکز تنش به شکل فعلی را پیشنهاد نمود.

—برای محاسبه ضریب تمرکز تنش از روش فوتوالاستیسیته و یا المان محدود استفاده میشود.

اسلاید ۸ :

تئوریهای خرابی

—آزمایش کشش ساده یکی از آزمونهای ساده در مکانیک است. بارگذاری تک محوره و تنش و کرنش در راستای طولی قابل اندازه گیری هستند. در نقطه شکست عاملی خرابی چیست؟

 تنش بحرانی، کرنش بحرانی، انرژی کرنشی بحرانی

تئوریهای خرابی پاسخ این سوال را میدهند.

— یک تئوری خرابی واحد و جامع که پاسخ گوی تمامی خواص مواد و حالات تنش باشد، وجود ندارد.

—رفتار فلزات به دو دسته شکل پذیر و ترد تقسیم میشود.

—در مواد شکل پذیر (ef>0.05)، استحکام تسلیم مشخص و استحکام کششی و فشاری برابر

—در مواد ترد (ef<0.05)، دارای استحکام نهایی کششی(Sut) و فشاری(Suc) متفاوت

اسلاید ۹ :

انواع تئوریهای خرابی

—مواد شکل پذیر (معیار تسلیم)

.۱معیار حداکثر تنش برشی (Maximum Shear Stress-MSS)

.۲معیار انرژی واپیچش یا اعوجاج (Distortion Energy-DE)

.۳Ductile Coulomb-Mohr-DCM

—مواد ترد (معیار شکست-Fracture)

.۱حداکثر تنش نرمال (Maximum Normal Stress-MNS)

.۲Brittle Coulomb-Mohr

.۳Modified Mohrتئوری حداکثر 

اسلاید ۱۰ :

تنش برشی

—طبق این تئوری ”تسلیم زمانی روی میدهد که حداکثر تنش برشی در قطعه برابر یا بیشتر از حداکثر تنش برشی در نمونه تحت تست کشش با همان جنس در زمان تسلیم، شود“.

—به این معیار ترسکا (Tresca) یا (Guest) نیز گویند.

—بسیاری از تئوریهای خرابی بر مبنای نتایج تست ساده و مهم کشش می باشند.

—وقتی یک باریکه از مواد شکل پذیر تحت کشش قرار می گیرد،

خطوط لغزش در زاویه زاویه تقریبی ۴۵° شکل میگیرند. این خطوط لغزش

شروع پدیده تسلیم میباشد.

در نقطه شکست، خطوط شکست نیز در زاویه تقریبی ۴۵° مشاهده میشود.

از طرفی تنش برشی در زاویه ۴۵° حداکثر است. لذا ایده این تئوری مطرح

گردید.