تحلیل دینامیکی اتوفریتاژ تحت بارگذاری گذرا در استوانه جدار ضخیم از مواد مدرج تابعی با در نظر گرفتن رفتار کار سختی به روش عددی

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دکترا ، دانشکده مهندسی مکانیک، ‌دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، ‌دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

3 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، ‌دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

چکیده

در این مقاله برای تحلیل دینامیکی پروسه اتوفریتاژ و تعیین تنش پسماند و رفتار هنگام اعمال فشار کاری، از روش عددی استفاده شده است. ابتدا معادلات دینامیکی استخراج شده سپس معادلات حاصل براساس روش تفاضل محدود به معادلات گسسته تبدیل ‌گردیده است. از معادلات دیفرانسیل حرکت، با توجه به هندسه و شرایط مرزی انتگرالگیری ‌شده، سپس با استفاده از قضیه گوس انتگرال روی سطح با انتگرال روی محیط جایگزین گردیده است. پس از آماده‌سازی معادلات گسسته، با استفاده از برنامه‌نویسی C++/C برنامه عددی به روش صریح لاگرانژی آماده شده است. پس از آن، تاثیر بارگذاری گذرا و هندسه با استفاده از انتشار امواج تنش الاستوپلاستیک در مواد مدرج تابعی در پروسه اتوفریتاژ مورد بررسی قرار گرفته است. تنش پسماند ایجاد شده در اثر اعمال فشار داخلی در سیلندرها باعث تغییر ظرفیت باربری خواهد شد. نتایج برای مواد مدرج تابعی که تغییر خواص مکانیکی این مواد به طور پیوسته و تابعی تغییر می‌کند، متفاوت خواهد بود. بی‌بعدسازی در تحلیل دینامیکی در راستای شعاع برخلاف تحلیلهای استاتیکی تابع پارامترهای دینامیکی بوده و براساس تغییر اندازه هندسی پاسخهای متفاوتی را آشکار می‌سازد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Suresh S, Mortensen A (1998) Functionally Graded Materials. London. UK IOM Communication Limited.

[2] Bhatnagar RM (2013) Modeling, validation and design of autofrettage and compound cylinder. Eur J Mech A-Solid 39: 17-25.

[3] Trieb F, Poelzl J (2005) Autofrettage – basic information and practical application on components for waterjet cutting. WJTA American Waterjet Conference. Houston, Texas, August 21-23.

[4] Abdelsalam OMRY (2012) Analysis and optimization of autofrettaged and shrink-fitted compound cylinders under thermo-mechanical loads. PhD Thesis. Concordia University, Montreal, Quebec Canada.

[5] Grujicic M, Zhang Y (1998) Determination of effective elastic properties of functionally graded materials using voroni cell finite element method. Mater Sci Eng 251: 64-76.

[6] Aboudi J, Pindera M, Arnold SM (1999) Higher-order theory for functionally graded materials. Compos Part B-Eng 30: 777-832.

[7] Franklin GJ, Morrison JLM (1960) Autofrettage of cylinders: Prediction of pressure, external expansion curves and calculation of residual stresses. Proc Inst Mech Eng 174: 947-974.

[8] Chen PCT (1986) Stress and deformation analysis of autofrettaged high pressure vessels. ASME special publication PVP. ASME United Engineering Center, New York.

[9] Stacey A, Webster GA (1988) Determination of residual stress distributions in autofrettaged tubing. Int J Pres Ves Pip 31: 205-220.

[10] Parker AP, Underwood JH (1998) Influence of the bauschinger effect on residual stress and fatigue lifetimes in autofrettaged thick-walled cylinders. Am Soc Test Mater 29: ASTM STP 1321.

[11] Livieri P, Lazzarin P (2002) Autofrettaged cylindrical vessels and bauschinger effect: an analytical frame for evaluating residual stress distributions. J Press Vess-T ASME 124: 38-45.

[12] Bayat Y, Ekhteraei Toussi H (2015) Elastoplastic torsion of hollow FGM circular shaft. Journal of Computational and Applied Research in Mechanical Engineering 4(2): 165-180.

[13] Moulick M, Kumar S (2015) Comparative stress analysis of elliptical and cylindrical pressure vessel with and without Autofrettage consideration using finite element method. Int J Adv Eng Res Stud E-ISSN2249–8974.

[14] Kalali AT, Hadidi-Moud S (2013) A semi-analytical approach to elastic-plastic stress analysis of FGM pressure vessels. Journal of Solid Mechanics 5: 163-173.

[15] Wilkins ML (1980) Use of artificial viscosity in multi-dimensional fluid dynamic calculations. Journal of Computational Physics. Vol. 36, pp. 281-303, 1980.

[16] Caramana EJ, Shashko MJ (1998) Elimination of artificial grid distortion and hourglass-type motion by means of lagrangian subzonal masses and pressure. J Comput Phys 142: 142-521.

[17] ABAQUS 6.14 user  manual,  Dassault Systemes, 2014.