دانلود پایان نامه تحلیل تنش¬های پسماند ناشی از جوشکاری در صفحات دارای بازشو و سخت¬کننده

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : عمران

گرایش :سازه

عنوان :   تحلیل تنش¬های پسماند ناشی از جوشکاری در صفحات دارای بازشو و سخت¬کننده

  دانشکده­ مهندسی

  گروه مهندسی عمران

پایان نامه کارشناسی ارشد سازه

تحلیل تنش­های پسماند ناشی از جوشکاری در صفحات

 دارای بازشو و سخت­کننده

استاد راهنما:

جناب آقای دکتر شهابیان

تابستان 1393

 


برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

چکیده

در فرآیند جوشکاری بعد از مرحله­ی سرد شدن جسم، به علت توزیع ناهمسان دما، تنش­هایی در آن باقی می­ماند که تنش‌های پسماند نامیده می­شود. برای به دست آوردن این تنش­ها باید تاریخچه دمایی جسم در طی فرآیند جوشکاری در دسترس باشد. برای این منظور ابتدا یک تحلیل حرارتی صورت می­گیرد تا تاریخچه دمایی جسم به دست آید. با داشتن تاریخچه دمایی و انجام تحلیل مکانیکی، تنش­ها و تغییرشکل‎های پسماند به دست می­آید.

در این پژوهش، با استفاده از روش اجزای محدود ناخطی در نرم­افزار ANSYS، تحلیل حرارتی و مکانیکی جوش برای صفحات دارای بازشو و سخت­کننده انجام‌گرفته و تنش­های پسماند به دست آمده است. نتایج حاصل نشان می­دهد که در اثر وجود بازشو و سخت­کننده در صفحات، مقدار تنش­های پسماند ناشی از جوشکاری ممکن است به میزان 30 درصد تغییر یابد. بررسی اثر فاصله سخت­کننده ­از محور جوش نشان می­دهد که با افزایش این فاصله تا 6 برابر ضخامت صفحه، تنش­های پسماند کاهش می­یابد و از این فاصله به بعد، سخت­کننده تأثیر چندانی در کاهش تنش‌های پسماند ندارد. با توجه به نتایج حاصل مشاهده می­شود که با انتخاب سخت‌کننده با مساحت سطح مقطع یکسان ولی با ضخامت بیشتر تا حدود 20 درصد از مقدار تنش­های پسماند کاسته می­شود. بررسی تنش­های پسماند در صفحات دارای بازشو و سخت­کننده با ابعاد مختلف نشان می­دهد که نسبت ابعاد صفحات تأثیری در مقدار و محل بیشینه تنش­های پسماند ندارد.

واژه­های کلیدی: تنش­های پسماند جوشکاری، تحلیل حرارتی، تحلیل مکانیکی، صفحات، بازشو، سخت‌کننده.

 

فهرست مطالب

عنوان                                                                           صفحه

  فصل اول- مقدمه 1
1-1 پیش­گفتار 1  
1-2 مبانی جوشکاری 3  
1-2-1 تعریف جوش 3  
1-2-2 انواع اتصالات جوشی 3  
1-2-3 انواع جوش 4  
1-2-4 جوش شیاری 5  
1-3 جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود روکش­دار 6  
1-4 ساماندهی پایان نامه 7  
   

فصل دوم- تحليل حرارتي و مكانيكي جوش

8  
2-1 پیش­گفتار 8  
2-2 تحليل حرارتي 9  
2-2-1 منبع حرارتي 12  
2-2-1-1 بازده منبع حرارتی 12  

 

2-2-1-2 شار حرارتي ناشي از قوس جوشكاري 13  
2-2-1-3 نرخ توليد گرما 17  
2-2-2 خواص ماده در تحليل حرارتي 18  
2-2-3 تغيير فاز 18  
2-2-4 شرايط مرزي 21  
2-2-4-1 اتلاف حرارت جابجايي 21  
2-2-4-2 انتقال حرارت تشعشعي 22  
2-2-4-3 شار حرارتي 22  
2-2-5 نتايج تحليل حرارتي 23  
2-3 تحليل مكانيكي 24  
2-3-1 روش تحلیل ناخطي در روش اجزای محدود 25  
2-3-1-1 روش نیوتن- رافسون 26  
2-3-2 خواص ماده در تحليل مكانيكي 28  
2-3-3 نتايج تحليل مكانيكي 29  
2-4 تنش­های ناشی از جوشکاری         29  
     
  فصل سوم- تنش­های پسماند ناشي از جوشكاري (مبانی نظری و تاریخچه) 33
3-1 پیش­گفتار 33  
3-2 تنش­های پسماند طولی ناشی از جوشکاری 35  

 

3-3 تنش‌های پسماند عرضي ناشي از جوشكاري 40  
3-4 روش­های تعیین تنش­های پسماند ناشی از جوشکاری 44  
3-5 بررسی تاریخچه تأثیر توالي يك جوش بر تنش‌های پسماند ناشي از جوشكاري 49  
3-5-1 تاریخچه تحليل حرارتي 51  
3-5-2 تاریخچه تحليل مكانيكي 52  
3-5-3 نتايج به دست آمده از شبیه‌سازی 52  
3-5-4 مقايسه نتايج 54  
3-6 نتايج شبيه­سازي تنش پسماند ناشی از جوشکاری 56  
3-7 تأثیر جهت جوشكاري بر تنش پسماند در جوشكاري چند پاسه (يك شياره) 59  
3-8 تنش­های پسماند ناشی از جوشكاري براي ورق ضخيم با شيار V شكل دو طرفه 61  
   

فصل چهارم- مدل­سازی فرآیند جوشکاری در ANSYS

70
  4-1 پیش­گفتار 70
  4-2 مشخصات مورد نیاز تحلیل 70
  4-2-1 هندسه قطعه­ کار 70
  4-2-2 خواص مواد 71
  4-2-3 مشخصات منبع حرارتی 72
  4-3 تحلیل حرارتی 72
  4-3-1 جزء حرارتی 73

 

4-3-2 روش تولد و مرگ اجزاء 75
4-3-3 نتایج تحلیل حرارتی 77
4-4 تحلیل مکانیکی 79
4-4-1 جزء مکانیکی 80
4-4-2 مدل­سازی تنش­های پسماند 80
4-4-2-1 اثرات شبکه­بندی بر نتایج تنش پسماند 81
4-4-2-2 تنش­های پسماند طولی 83
4-4-2-3 تنش­های پسماند جانبی 84
   
فصل پنجم- صفحات دارای بازشو 86
5-1 پیش­گفتار 86
5-2 مشخصات مورد نیاز تحلیل 86
5-2-1 هندسه قطعه کار 86
5-2-2 خواص مواد 87
5-3 تحلیل حرارتی 87
5-4 تحلیل مکانیکی 91
5-5 تأثیر ابعاد صفحه بر تنش­های پسماند 93
   
فصل ششم- صفحات دارای سخت­کننده 96

 

6-1 پیش­گفتار 96  
6-2 مشخصات مورد نیاز تحلیل 96  
6-2-1 هندسه قطعه کار 96
6-2-2 خواص مواد 97
6-3 تحلیل حرارتی 97
6-4 تحلیل مکانیکی 101
6-5 تأثیر ابعاد صفحه بر تنش­های پسماند 102
6-6 تأثیر ابعاد سخت­کننده­ها بر تنش­های پسماند 103
6-7 تأثیر فاصله سخت­کننده از محور جوش بر تنش­های پسماند 106
6-7-1 هندسه قطعه کار 106
6-8 صفحات دارای ترکیب بازشو و سخت­کننده 109
6-8-1 تحلیل حرارتی 110
6-8-2 تنش­های پسماند در صفحات دارای ترکیب بازشو و سخت­کننده 111
   
فصل هفتم نتیجه­گیری و پیشنهاد برای ادامه پژوهش 112
7-1 پیش­گفتار 112
7-2 نتایج 113
7-3 پیشنهاد برای ادامه پژوهش 114
مراجع 115

 

فهرست شکل­ها

شکل صفحه
شكل 1-1 نواحی تشکیل‌دهنده جوش 3
شكل 1-2 انواع اتصالات جوشکاری 4
شكل 1-3 انواع جوش مورد استفاده در اتصالات 5
شكل 1-4 انواع آماده­سازی لبه 5
شكل 1-5 جوش قوس الکتریکی با الکترود روکش­دار 6
شکل 2-1 پروفيل گوسي متحرك در حين جوشكاري 14
شکل 2-2 تغيير خواص فولاد نرمه معمولي نسبت به دما 18
شکل 2-3 نمودار آنتالپي– دما براي يك ماده آلياژي 20
شکل 2-4 روش حل مرحله­اي – تكراري براي مسائل ناخطي 25
شکل 2-5 روش طول قوس براي حل مسائل با هندسه ناخطي 26
شکل 2-6 مراحل روش نیوتن- رافسون 28
شكل 2-7 تنش‌های پسماند ثبت ‌شده روي چند ذره فلزي 30
شكل 3-1 مثال­هایي از توزيع تنش‌های طولي ناشي از جوشكاري 36
شكل 3-2 منحني خصوصيات انبساطي 37
شكل 3-3 نمايش سه­­ بعدي از توزيع تنش‌های پسماند طولي ناشي از جوشكاري 38
شكل 3-4 تأثیر طول نمونه جوشكاري 39

 

شکل 3-5 تنش­هاي پسماند عرضي ناشي از جوشكاري يك پاسه 42  
شکل 3-6 نمايش سه­ بعدي از توزيع تنش­هاي پسماند عرضي 43  
شکل 3-7 تنش­هاي پسماند عرضي در راستاي عمق ضخامت 44  
شکل 3-8 مدل دو بعدی جریان انتقال حرارت 45  
شکل 3-9 هندسه قطعه کار و مدل سه بعدی قطعه کار در نرم­افزار 46  
شکل 3-10 اتصال سپری 46  
شکل 3-11 تغییرشکل جسم پس از جوشکاری 47  
شکل 3-12 سطح مقطع جوش و مدل‌سازی شده در نرم­افزار 47  
شکل 3-13 تاریخچه دمایی برای چند نقطه بر روی سطح داخلی 48  
شکل 3-14– الف توزیع تنش پسماند طولی در سطح داخلی 48  
شکل 3-14– ب توزیع تنش پسماند شعاعی در سطح داخلی 48  
شکل 3-15– الف توزیع تنش پسماند طولی در سطح بیرونی 49  
شکل 3-15– ب توزیع تنش پسماند شعاعی در سطح بیرونی 49  
شكل 3-16 طرح اتصال براي جوش محيطي در استوانه   50  
شكل 3-17 توالي جوشكاري براي حالت 1 (3 پاسه) و حالت 2 (8 پاسه) 50  
شكل 3-18 منحني به كار رفته جهت حرارت ورودي (كل زمان = T) 51  
شكل 3-19 نمودار حرارت در برابر زمان براي حالت 1 52
شكل 3-20 نمودار حرارت در برابر زمان براي حالت 2 53
شكل 3-21 مقادير تنش‌های پسماند براي هر دو حالت 1 و 2 53

 

شكل 3-22 نتايج تغيير شكل­هاي محوري براي هر دو حالت 1 و 2 54
شكل 3-23 نتايج به دست براي تغييرات حرارتي نسبت به زمان در فاصله 7/12 میلی­متر از خط نزديكي جوش روي سطح داخلي لوله بعد از آخرين پاس (براي حالت 1) 55
شكل 3-24 نتايج به دست آمده توسط 6 سازمان براي تنش‌های عرضي در سرتاسر ضخامت روي خط مركزي جوش بعد از آخرين پاس (براي حالت 1) 56  
شكل 3-25 جهت‌های جوشكاري 57  
شكل 3-26 توزيع تنش‌های معادل در مركز جوش 58  
شكل 3-27 مش­بندي صفحه 60  
شكل 3-28 توزيع تنش‌های معادل در مقطع مركزي جوش 60  
شكل 3-29 توزيع تنش‌های پسماند طولي در مقطع مركزي جوش 60  
شكل 3-30 ابعاد نمونه شبیه‌سازی بر حسب میلی‌متر 62  
شكل 3-31 مش­بندي براي جوش v شكل دو طرفه 62  
شكل 3-32 تقسیم‌بندی لايه­ها 62  
شكل 3-33 توزيع تنش‌های معادل 63  
شكل 3-34 توزيع تنش‌های پسماند عرضي 63  
شكل 3-35 توزيع تنش‌های پسماند طولي 64  
شكل 3-36 توزيع تنش‌های معادل در سرتاسر ضخامت روي مقطع مركزي جوش 64  
شكل 3-37 توزيع تنش‌های عرضي در سرتاسر ضخامت روي مقطع مركزي جوش 65  
شكل 3-38 توزيع تنش‌های طولي در سرتاسر ضخامت روي مقطع مركزي جوش 66  

 

شكل 3-39 مقايسه نتايج آزمايشگاهي با شبيه­سازي (تنش‌های پسماند عرضي) 66
شكل 3-40 مقايسه نتايج آزمايشگاهي با شبيه­سازي (تنش‌های پسماند طولي) 67
شكل 3-41 مقايسه­ تنش‌های عرضي بين لايه­هاي هم­جهت و لايه­هاي معكوس 68
شکل 4-1 مشخصات قطعه کار مدل شده 71
شکل 4-2 مدل جزء محدود صفحه در نرم­افزار ANSYS 73
شکل 4-3 هندسه جزء SOLID90 74
شکل 4-4 توزیع دما و جهت جوشکاری 77
شکل 4-5 تاریخچه دمایی سه نقطه از مقطع میانی صفحه 78
شکل 4-6 دمای گره­های مدل در زمان 16 ثانیه 79
شکل 4-7 جزء  SOLID186 80
شکل 4-8 سه شبکه­بندی مورد تحلیل 82
شکل 4-9 توزیع تنش­ پسماند طولی در مقطع میانی صفحه 83
شکل 4-10 توزیع تنش پسماند طولی بر روی محور جوش 84
شکل 4-11 توزیع تنش­ پسماند جانبی در مقطع میانی صفحه 85
شکل 4-12 توزیع تنش پسماند جانبی بر روی محور جوش 85
شکل 5-1 مشخصات قطعه کار مدل شده 87
شکل 5-2 مدل اجزاء محدود صفحه و توالی جوشکاری 88
شکل 5-3 توزیع دما و جهت جوشکاری 88
شکل 5-4 تاریخچه دمایی چهار نقطه در مقطع ابتدایی صفحه 89

 

شکل 5-5 تاریخچه دمایی چهار نقطه در مقطع میانی صفحه 89
شکل 5-6 تاریخچه دمایی چهار نقطه در مقطع انتهایی صفحه 89
شکل 5-7 تاریخچه دمایی 5 نقطه روی محور جوش در مقاطع مختلف صفحه 90
شکل 5-8 دمای گره­های مدل در زمان 125 ثانیه 91
شکل 5-9 توزیع تنش پسماند جانبی در راستای X 92
شکل 5-10 توزیع تنش پسماند جانبی در راستای Y 92
شکل 5-11 توزیع تنش پسماند طولی در راستای Z 93
شکل 5-12 توزیع تنش پسماند فون مایزز در صفحه 94
شکل 5-13 توزیع تنش طولی در چند مقطع میانی از صفحه 94
شکل 6-1 مشخصات قطعه کار 97
شکل 6-2 مدل اجزای محدود صفحه دارای سخت­کننده 98
شکل 6-3 نحوه توزیع دمای ناشی از جوشکاری در صفحه دارای سخت­کننده 98
شکل 6-4 تاریخچه دمایی در مقطعmm  Y=0 صفحه با سخت­کننده 99
شکل 6-5 تاریخچه دمایی در مقطعmm  Y=200 صفحه با سخت­کننده 99
شکل 6-6 تاریخچه دمایی در مقطع Y=400 mm صفحه با سخت­کننده 99
شکل 6-7 تاریخچه دمایی 5 نقطه روی محور جوش در مقاطع مختلف صفحه 100
شکل 6-8 گرادیان حرارتی در مقطعY=200 mm  بر حسب فاصله از محور جوش 101
شکل 6-9 سه مقطع مورد تحلیل در صفحه 102
شکل 6-10 تنش پسماند در مقطع Y=200 mm صفحه در جهت Y 102

 

شکل 6-11 توزیع تنش طولی در دو مقطع میانی از صفحه با سخت­کننده با نسبت عرض به ضخامت 5/7 104
شکل 6-12 توزیع تنش طولی در دو مقطع میانی از صفحه با سخت­کننده با نسبت عرض به ضخامت 10 104
شکل 6-13 توزیع تنش طولی در دو مقطع میانی از صفحه با سخت­کننده با نسبت عرض به ضخامت 5/12 104
شکل 6-14 مقایسه تنش­های پسماند صفحه با سخت­کننده با نسبت عرض به ضخامت 5/12

در دو راستای X و Y در Y=200 mm

105
شکل 6-15 مشخصات قطعه کار 106
شکل 6-16 مدل اجزای محدود صفحه دارای سخت­کننده با فواصل مختلف از محور جوش 107
شکل 6-17 نحوه توزیع دمای ناشی از جوشکاری در صفحه دارای سخت­کننده با فواصل مختلف از محور جوش 108
شکل 6-18 توزیع تنش طولی در دو مقطع میانی از صفحه با سخت­کننده با فواصل مختلف 109
شکل 6-19 مدل اجزای محدود صفحات دارای ترکیب بازشو و سخت­کننده 110
شکل 6-20 نحوه توزیع دمای ناشی از جوشکاری در صفحه دارای سخت­کننده و بازشوی مربعی 110
شکل 6-21 توزیع تنش طولی در دو مقطع میانی از صفحه با سخت­کننده با نسبت عرض به ضخامت 5/7 و بازشو دایروی و مربعی با نسبت سطح بازشو به سطح کل 1/0 111

 

 

فهرست جدول­ها

 

جدول صفحه
جدول 3-1 حرارت ورودي براي حالت 1 50
جدول 3-2 حرارت ورودي براي حالت 2   51
جدول 3-3 حداكثر تنش‌های پسماند براي جهت‌های مختلف جوشكاري چند لايه 58
جدول 3-4 حداكثر تنش‌های پسماند براي جهت‌های مختلف جوشكاري چند پاسه 61
جدول 3-5 حداكثر تنش‌های پسماند براي توالی‌های مختلف 67
جدول 4-1 مشخصات مواد مورد نیاز در تحلیل حرارتی 71
جدول 4-2 مشخصات مواد مورد نیاز در تحلیل مکانیکی 72
جدول 4-3 مشخصات منبع جوشکاری 72
جدول 4-4 نتایج بیشینه و کمینه تنش­پسماند در شبکه­بندی­های شکل (4-8) و مرجع [24] 82

 

 

 

فصل اول

 

مقدمه

 

1-1 پیش­گفتار

برای اتصال دو قطعه، روش­های مختلفی وجود دارد. مهم‌ترین این روش­ها استفاده از جوش، پیچ و پرچ است. در این میان استفاده از جوش در ساختمان­سازی بسیار رایج است. قدمت استفاده از جوش در ساخت اسکلت­­های فولادی شاید به 100 سال برسد. طی این سال­ها، پیشرفت­های قابل‌توجهی در شناخت جوش و توسعه فن­آوری مربوط به آن صورت گرفته است.

مهم‌ترین دلایل استفاده از جوش را می‌توان به طور خلاصه به صورت زیر بیان نمود:

1- برای اتصال دو قطعه به هم محدودیتی در ضخامت وجود ندارد.

2- سرعت بالای تولید.

3- استحکام بالا (ساختار یکپارچه).

4- اقتصادی بودن اتصال.

5- انعطاف­پذیری در طراحی جوش (تنوع فرآیندهای جوشکاری و قابلیت انجام شدن دستی یا خودکار).

اما با در نظر گرفتن این مزایا فرآیند جوشکاری دارای معایب زیر است:

1- اتصال دایمی بوده و امکان جداسازی قطعات وجود ندارد.

2- نیاز به بازرسی.

3- نیاز به مهارت در روش­های دستی و تجهیزات گران­قیمت در روش­های خودکار.

اما مهم‌ترین عیب در یک قطعه جوشکاری شده، تولید تنش و تغییر شکل پسماند[1] در قطعه است. در عمليات جوشكاري، بعد از مرحله سرد شدن جسم، تنش‌هایی در آن باقي می‌ماند كه به آن‌ها تنش‌های پسماند می‌گویند. اين تنش‌ها و همچنين تغيير شکل‌های ناخواسته ناشي از جوشكاري، مهم‌ترین عواملی هستند كه باعث ضعيف شدن اتصالات جوش و ناكارايي آن‌ها در تحمل طولاني مدت بارها، شده‌اند. از این رو، مهندسین علاقمند به دانش كاملي از توزيع تنش‌های پسماند در سرتاسر جوش، روش‌های تغيير دادن آن و نيز انتخاب روند جوشكاري مناسب كه بتواند تنش‌های پسماند را به حداقل ممكن كاهش دهد، هستند ]1[.

روش‌های تجربي اندازه‌گیری تنش‌های پسماند جوشكاري علاوه بر گران‌قیمت بودن در بعضي از موارد مستلزم عمليات سوراخ‌کاری و يا مقطع زني در قطعه جوش داده‌شده بوده و فقط مقدار تنش را در سوراخ‌های ایجادشده و يا در بلوک‌های جداشده به دست می‌دهند. پيشرفت روش‌های تجربي نا­مخرب اگرچه توانست تا حدودي اين کاستی‌ها را جبران كند، ولي نمی‌تواند جوابگوي تمامي مشكلات باشد. به همین دليل نياز بيش­تري به روش‌های تحلیلی احساس می‌شود.

با وجود این معضلات، جوشکاری هنوز به عنوان بهترین روش اتصال قطعات مورد استفاده قرار می‎گیرد. از همین ­رو، در زمینه رفتار جوش در موارد گوناگون مطالعه شده و استانداردهای مناسبی ارائه گردیده است و از این استانداردها به طور جدی در طراحی و اجرای اتصالات جوش استفاده می­شود و می‌توان از مشکلات به وجود آمده در قطعات جوشکاری شده پیشگیری نمود.

1 Residual

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

تعداد صفحه :  149

قیمت : 14700 تومان

———–

——-

پشتیبانی سایت :               [email protected]

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  --