بررسی تجربی و عددی جذب انرژی در نمونه آزمایش سقوط آزاد وزنه با شیار ماشین‌کاری شده در فولاد API X65

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، بیرجند

2 استاد، مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، بیرجند

10.22044/jsfm.2020.9440.3129

چکیده

آزمایش ضربه سقوطی یک آزمایش رایج جهت تعیین خواص دینامیکی و محاسبه انرژی شکست نمونه‌های فولادی می‌باشد. هدف از این تحقیق ارائه روش‌های تجربی، عددی و تحلیلی جهت محاسبه میزان انرژی منتقل شده به نمونه حین اعمال ضربه می‌باشد. نمونه آزمایشگاهی از بدنه لوله فولادی از جنس API X65 با درز جوش مارپیچ با قطر خارجی 1219 میلی‌متر و ضخامت دیواره 3/14 میلی‌متر بریده و تا ابعاد استاندارد ماشین‌کاری شده است. سپس در وسط نمونه شیار شورن به عمق 1/5 میلی‌متر ایجاد و نمونه تحت بارگذاری دینامیکی با سرعت اولیه 3/6 متر بر ثانیه قرار گرفت. آزمایش بر روی سه نمونه با سقوط چکش از ارتفاع 2 متری صورت پذیرفت. با ترسیم و تحلیل نمودارهای انرژی-جابجایی و انرژی-سرعت چکش ضربه زننده یک رابطه خطی بین انرژی شکست نمونه و سرعت چکش بدست آمد. به کمک این رابطه می‌توان با معلوم بودن سرعت چکش ضربه زننده در هر لحظه، انرژی منتقل شده به نمونه و در نهایت انرژی شکست نمونه آزمایشگاهی را بدست آورد. همچنین، به کمک رابطه انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل و معلوم بودن موقعیت و سرعت چکش در هر لحظه می‌توان مقدار انرژی جذب شده داخل نمونه را با فرض ناچیز بودن تلفات بدست آورد.

کلیدواژه‌ها


[1]  Dieter GE (1961) Mechanical metallurgy. McGrew-Hill,United State of America 370-390.

[2]  Zhao J, Hu W, Wang X, Kang J, Yuan G, Di H, Misra RDK (2016) Effect of microstructure on the crack propagation behavior of microalloyed 560 MPa (X80) strip during ultra-fast cooling. Mat Sci Eng A-Struct 666: 214-224.

[3]  Majidi-Jirandehi A, Hashemi SH (2017) Investigation of macroscopic fracture surface characteristics of spiral welded API X65 gas transportation pipeline steel. Modares Mechanical Engineering 17(11):  219-228. (In Persian)

[4]  API Specification 5L (2012) Specification for line pipe. 45th edn. American Petroleum Institute (API). Washington DC.

[5] Ferahat H, Ahmadi-Brooghani SY (2017) Studying the behavior of A356/SiCp composite foam under low-velocity impact loading. Journal of Solid and Fluide Mechanics 7(2): 129-147. (In Persian)

[6] Jonson W (1972) Impact strength of materials. Edward Arnold Co.

[7] Babaei H, Darvizeh A, Alitavoli M, Mirzababaie Mostofi T (2015) Experimental and analytical investigation into plastic deformation of circular plates subjected to hydrodynamic loading. Journal of Modares Mechanical Engineering 15(2): 305-312. (In Persian)

 [8] Scheider I, Nonn A, Lee S, Völling A, Mondry A, Kalwa C (2014) A damage mechanics based evaluation of dynamic fracture resistance in gas pipelines. 20th European Conference on Fracture (ECF20), Procedia Materials Science 3, Trondheim, Norway: 1956-1964.

[9]  Babaei H, Jamali A, Mirzababaei Mostofi T, Ahraf Talesh SH (2016) Experimental study and mathematical modeling of deformation of rectangular plates under impact load. Journal of Solid and Fluide Mechanics 6(1): 143-152. (In Persian)

[10] Yu PS, Ru CQ (2016) Analysis of energy absorptions in drop-weight tear tests of pipeline steel. Eng Fract Mech 160: 138-146.

[11] Rudland DL, Wilkowski GM, Feng Z, Wang YY, Horsley D, Glover A (2003) Experimental investigation of CTOA in linepipe steels. Eng Fract Mech 70: 567-577.

[12] Hari Manoj Simha C, Xu S, Tyson WR (2014) Non-local phenomenological damage-mechanics-based modeling of the drop-weight tear test. Eng Fract Mech 118: 66-82.

[13] Hari Manoj Simha C, Xu S, Tyson WR (2015) Computational modeling of the drop-weight tear test: A comparison of two failure modeling approaches. Eng Fract Mech 148: 304-323.

[14] Tazimi M, Hashemi SH, Rahnama S (2020) Experimental study of fracture surface characteristics of inhomogeneous drop weight tear test specimen made from API X65 steel. Journal of Solid and Fluide Mechanics 10(1): 77-91.

[15] API RP 5L3 (1996) Recommended practice conducting drop-weight tear test on line pipe.3rd edn. American Petroleum Institute (API). Washington DC: 1-9.

[16] Asgarabad EF, Hashemi SH (2020) Experimental measurement and numerical evaluation of fracture energy in drop weight tear test specimen with chevron notch on API X65 steel. Modares Mechanical Engineering 20(5): 1145-1156. (In Persian)

 [17] Tvergaard V, Needleman A (1984) Analysis of cup-cone fracture in a round tensile bar. Acta metall 32(1): 157-169.

[18] Gurson AL (1977) Continuum theory of ductile rupture by void nucleation and growth: Part 1 - yield criteria and flow rules for porous ductile media. Division of Engineering. Brown University, Providence, RI, USA.