بررسی اثر ضربه کم سرعت بر انرژی شکست نمونه آزمایش ضربه سقوطی 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

چکیده

یکی از اهداف مهم در آزمایش ضربه سقوطی بدست آوردن مقدار انرژی شکست به منظور ارزیابی بهتر خواص دینامیکی ماده آزمایش شده می‌باشد. هدف از تحقیق حاضر بررسی اثر ضربه کم سرعت بر انرژی شکست نمونه آزمایش ضربه سقوطی از جنس API X65 است. از آنجایی که ممکن است در مواردی در اثر ضربه ناگهانی و ایجاد تغییر شکل دائم انرژی شکست فولاد تحت تأثیر قرار گیرد، بررسی این موضوع اهمیت دارد. نمونه بررسی شده در این آزمایش فولاد API X65 از نوع شیاردار لبه‌ای با شیار شورن به عمق 1/5 میلی‌متر می-باشد که از بدنه لوله فولادی با درز جوش مارپیچ با قطر خارجی 1219 میلی‌متر و ضخامت دیواره 3/14 میلی‌متر جدا شدند. این فولاد در صنعت نفت و گاز در دنیا کاربرد وسیعی دارد. آزمایش انجام شده بر روی 21 نمونه صورت پذیرفت. در مرحله اول ارتفاع سقوط چکش طوری در نظر گرفته شد که نمونه‌ها دچار شکست نشده و فقط ناحیه مجاور نوک ترک وارد منطقه پلاستیک شود. در ادامه با اعمال ضربه دوم از ارتفاع استاندارد 2 متری نمونه‌ها تحت شکست قرار گرفتند. با تحلیل داده‌های آزمایشگاهی انرژی شکست برای هر نمونه محاسبه و با یکدیگر مقایسه شد. با ترسیم نمودار انرژی شکست بر حسب انرژی ضربه اولیه مشاهده شد با افزایش انرژی ضربه اولیه در نمونه، انرژی شکست آن کاهش می یابد. در انتها یک رابطه خطی با دقت قابل قبول برای این کاهش انرژی پیشنهاد شد که رابطه مستقیم بین انرژی شکست را با انرژی ضربه اولیه نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


[1]  API Specification 5L (2012) Specification for Line Pipe. 45th edn. American Petroleum Institute (API). Washington DC.
[2]  Dieter GE. (1961) Mechanical Metallurgy. McGrew-Hill, United State of America: 370-390.
[3]  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.
[4]  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)
[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]  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.
[8] 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)
[9] Asgarabad EF, Hashemi SH (2020) Experimental and numerical study of energy absorbtion in drop weight tear test specimen with Chevron notch on API X65 steel. Journal of Solid and Fluide Mechanics 10(2): 95-110. (In Persian)
[10] Sayah Badkhor M, Mirzababaie mostofi T,  Babaei H (2020) Low-velocity impact response of plate with different geometries under hydrodynamic load: Experimental investigation and process optimization by response surface methodology. Modares Mechanical Engineering 20(4) :807-818.
[11] Yu PS, Ru CQ (2016) Analysis of energy absorptions in drop-weight tear tests of pipeline steel. Eng Fract Mech 160: 138-146.
[12] 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.
[13] 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.
[14] Hari Manoj Simha C, Xu S, Tyson WR (2015) Computational modeling of the drop-weight tear test: A comparison of two failure modeling approaches. Engineering Fracture Mechanics. 148: 304-323.
[15] 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. (In Persian)
[16] Fang J, Zhang J, Wang L (2014) Evaluation of cracking behavior and critical CTOA values of pipeline steel from DWTT Specimens. Eng Fract Mech 124-125: 18-29.
[17] Moradpour MA, Tayebimanesh AS, Hashemi SH (2017) Study of low velocity impact on charpy fracture energy in API X65 steel. 25th Annual Conference of Mechanical Engineering (ISME), Department of Mechanical Engineering, Uniersity of Tarbiat Modares, Tehran, Iran.
[18] API RP 5L3 (1996) Recommended practice conducting drop-weight tear test on line pipe. 3rd edn. American Petroleum Institute (API). Washington DC: 1-9.
[19] Godse R, Gurlan J, Suresh S (1988) Effects of residual stresses in fractue toughness testing of hard metals. Mat Sci Eng A-Struct 105-106: 383-387.