استفاده از تحلیل موجک برای اندازه‌گیری انرژی شکست نمونه ضربه سقوطی در فولاد ایکس شصت و پنج

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

2 استاد، مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

10.22044/jsfm.2024.14603.3863

چکیده

تعیین انرژی شکست یکی از اهداف مهم در آزمایش ضربه سقوطی برای ارزیابی بهتر خواص ماده آزمایش شده می‌باشد. هدف از انجام پژوهش حاضر بررسی راه جدیدی برای تعیین انرژی شکست فولاد در آزمایش ضربه بصورت تجربی میباشد. به این منظور در زمینه تحقیقاتی فولادهای API برای اولین بار از تبدیل موجک برای تحلیل سیگنال (موج) شتاب استفاده شده است. سیگنال شتاب حین شکست نمونه فولادی API X65 بوسیله شتاب‌سنج ذخیره و با استفاده از روش تبدیل موجک بررسی شد. آزمایش ضربه سقوطی طبق استاندارد API 5L با استفاده از سه نمونه آزمایشگاهی شیاردار (از نوع شیار شورون) انجام گردید. پس از آزمایش ضربه، سیگنالشتاب مربوط به هر نمونه که دارای نوسان زیادی بود بوسیله تبدیل موجک گسسته هموار شد. در ادامه منحنی نیرو – جابجایی برای هر نمونه بهدست آمد و سطح زیر منحنی (انرژی شکست) محاسبه شد. مقادیر 6326 ژول بعنوان میانگین انرژی شکست و 219 کیلونیوتن نیروی بیشینه اندازهگیری شد. هم‌چنین مشخص شد 39 درصد انرژی کل شکست صرف شروع ترک و 61 درصد صرف رشد ترک شده است. مقایسه نتایج با تحقیقات مشابه گذشته قابلیت مناسب روش تبدیل موجک برای اندازه‌گیری دقیق انرژی شکست با استفاده از آزمایش ضربه سقوطی را نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Shibanuma K, Hosoe T, Nakai H, Morita A, Aihara S (2017) A model to evaluate unstable ductile crack arrestability of offshore pipeline. Eng. Fract. Mech. 178:126–47.
[2] Hashemi SH (2009) Correction factors for safe performance of API X65 pipeline steel. Int. J.  Press. Vess. Pipel. 86(8):533–40.
[3]  American Petroleum Institute. Line Pipe API specification 5L (2018) - 46th edn. (April):205.
[4] Dieter GE, Bacon D (1988) Mechanical metallurgy SI metric edition McGraw-Hill Book Company. 289–292 p.
[5]  Máca P, Zatloukal J, Sovják R (2014) Design of a novel horizontal impact machine for testing of concrete specimens. WIT Trans. Built Env. 141:149–58.
[6]  Nechita IR, Turtoi P, Cicone T, Puică C (2022) Instrumentation and preliminary evaluation of a drop tower tester for low and medium impact energy. IOP Conf. Ser. Mat. Sci. Eng. 1262(1):012027.
[7]  Kamal S, Hashemi A (2020) Design and fabrication of a drop tower testing apparatus to investigate the impact behavior of spinal motion segments. Arch.  Bon. Joi. Surg. 8(6):682–8.
[8]  Zabala-Gualtero LM, Figuero-López U, Guevara-Morales A, Rojo-Valerio A (2020) Modification of Charpy machine for the acquisition of stress-strain curve in thermoplastics. DYNA. 87(213):52–60.
[9] Mousavi Zadeh SA, Hosseini M, Hatami H, Kamalvand M (2021) Studies on the Effect of Reinforcers Types on Flat and Curved Steel Sheets’ Performance under Drop Impact. Mech. Aerosp. J. 16(4):39–59.
[10] Dalvand A, Hatami H, Chegini AS (2021) Experimental study of the effect of dynamic loading on rectangular armed panels made of self-compacting composite fiber and lattice sheets. Mech. Aero. J. Struct. Const. Eng. 8(1):131–151.
[11] Panin SV, Moiseenko DD, Maksimov PV, Vlasov IV, Byakov AV, Maruschak PO, et al (2017) Influence of energy dissipation at the interphase boundaries on impact fracture behaviour of a plain carbon steel. Theori. App. Fract. Mech. 97:478-499.
[12] Panin SV, Byakov AV, Vlasov IV, Maruschak PO, Berto F, Vinogradov A (2019) Acoustic emission study on the effect of notch shape and temperature on elastic energy release during impact testing of 17Mn1Si pipe steel. Eng. Fract. Mech. 210:288–99.
[13] Eremin AV, Byakov AV, Kalashnikova TA, Burkov MV, Panin SV (2019) Grain structure and impact toughness of Al-Li alloy joints formed by friction stir welding. AIP Conf. Proc. 2141(August).
[14] Yu PS, Ru CQ (2016) Analysis of energy absorptions in drop-weight tear tests of pipeline steel. Eng. Fract. Mech. 160:138–46.
[15] Scheider I, Nonn A, Völling A, Mondry A, Kalwa C (2014) A Damage mechanics based evaluation of dynamic fracture resistance in gas pipelines. Proc. Mat. Sci. 3:1956–64.
[16] Shterenlikht A, Hashemi SH, Yates JR, Howard IC, Andrews RM (2005) Assessment of an instrumented Charpy impact machine. Int. J. Fract. 132(1):81–97.
[17] Hashemi SH (2008) Apportion of Charpy energy in API 5L grade X70 pipeline steel. Int. J. Press. Vess.  Pipi. 85(12):879–84.
[18] Fathi-Asgarabad E, Hashemi SH (2020) Experimental and numerical study of energy absorbtion in Drop Weight Tear Test specimen with chevron notch on API X65 steel. J. solid fluid Mech. 10(2):95–110.
[19] Fathi-Asgarabad E, Hashemi SH (2021) Experimental study of low velocity impact effect on fracture energy of API X65 steel using Drop Weight Tear Test. J. solid fluid Mech. 11(2):57–71.
[20] Khosravi Khor H, Hashemi SH, Raghebi M (2020) Experimental study of natural frequencies of notched homogeneous and inhomogeneous specimens made of API X65 steel in low-blow Drop Weight Test. Modares Mech. Eng. 20(12):2721–31.
[21] Khosravi Khor H, Hashemi SH, Raghebi M (2021) Experimental measurement of fracture energy of API X65 steel using Drop Weight Tear Test equipped with accelerometer. J. solid fluid Mech. 11(1).
[22] Silik A, Noori M, Altabey WA, Ghiasi R, Wu Z (2021) Comparative analysis of wavelet transform for time-frequency analysis and transient localization in structural health monitoring. Struct. Dura.  Health Monit. 15(1):1–22.
[23] Recommended practice for conducting Drop-Weight TearTests on line pipe (1996) American Petroleum Institute. 3rd edn.  p. 16.
[24] Gholami Moghaddam S, Hashemi S (2023) Experimental measurement of critical crack tip opening angle in API X65 steel using drop weight tear test specimen. Modares Mech. Eng. 23(2):81–91.
[25] KISTLER K-Shear Accelerometer catalogue (2015) Type 8742A.
[26] Randall RB (2021) Vibration-based condition monitoring industrial, Auto. Aero. App. 2nd edn. John Wiley & Sons Ltd. 451 p.
[27] Misiti M, Yves M, Poggi GOJ-M (2007) Wavelets and their applications. ISTE Ltd. 352 p.
[28] Chakraborty A, Basu B, Mitra M (2006) Identification of modal parameters of a mdof system by modified L-P wavelet packets. J. Sound Vib. 295(3–5):827–37.
[29] Adams DE (2007) Health monitoring of structural materials and components: methods with applications. Health Monit. Struct. Mat. Comp. Methods App. 1–460 p.
[30] Mallat SA (1999) Wavelet tour of Signal processing. 2nd edn. Academic Press. 637 p.
[31] Perera R, Bueso-Inchausti D (2010) A unified approach for the static and dynamic analyses of intermediate debonding in FRP-strengthened reinforced concrete beams. Comp. Struct. 92(11):2728–37.
[32] Mertins A (1999) Signal analysis: wavelets, filter banks, time-frequency transforms and applications. Most. 327 p.