آزمایش برآمدگی لوله: تحلیل تئوریکی و اعتبار سنجی عددی

آزمایش برآمدگی لوله: تحلیل تئوریکی و اعتبار سنجی عددی – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه متالورژی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

آزمایش برآمدگی لوله: تحلیل تئوریکی و اعتبار سنجی عددی

چکیده

جهت اجرای شبیه سازی های مناسب عددی فرآیند شکل دهی هیدرولیکی، این موضوع نشان داده شده است که داده های مواد حاصله از آزمایش برآمدگی یا کوژکردگی لوله متناسب تر  از آزمایش کششی کلاسیک می باشد. پیشرفت های تئوریکی بر مبنای یک مدل سازی هندسی نوین منجر به بروز پدیده ارزیابی تحلیلی وضعیت های تنش و کرنش در کلیه بخش های کوژکرده یا برآمده لوله شده است. خطاهای ناشی از عدم دقت موقعیت سنجی و نقص هندسی لوله را نیز می توان مرتبط با خطاهای وابسته به ارزیابی تنش و کرنش از طریق آنالیز دیفرانسیل مدل تحلیلی دانست. در آخر، جهت ارزیابی این مدل، نتایج عددی حاصله از شبیه سازی FE در ارتباط با آزمایش برآمدگی لوله به عنوان داده های تجربی مورد استفاده قرار گرفت. بدین روش، این موضوع نشان داده شده است که:

• منحنی های سخت شدگی را می‌توان ازطریق برآورد فشار داخلی و بلندی برآمدگی یا بادکردگی آن تعیین نمود.

• تنوع ضخامت در امتداد بخش برآمده لوله را نیز می توان محاسبه کرد.

• پراکندگی بر روی منحنی سخت شدگی را می توان با استفاده از عدم دقت در رویه برآورد، مورد ارزیابی قرار داد.

• مشخص نمودن موقعیت در طی آزمایشات و تولرانس های تولیدی بر روی ضخامت لوله.

کلمات کلیدی: آزمایش برآمدگی/ کوژ شدگی لوله، توصیف مواد، مدل سازی تحلیلی، شبیه سازی های FE، ارزیابی خطا.

آزمایش برآمدگی لوله تحلیل تئوریکی

۱- مقدمه

هیدروژن احتمالا به عنوان انرژی آتی مد نظر می‌باشد و می بایست قابلیت ذخیره سازی آن در ادوات حمل و نقل در خلال سالیان بعدی وجود داشته باشد. یکی از راه حل ها ارائه شده در این زمینه استفاده از هیدروژن تحت فشار ۷۰۰ بار می باشد که در داخل تانک ها یا مخازنی ذخیره شده است که دارای یک لایه فلزی داخلی و ساختار کامپوزیت خارجی می باشد. در چنین کاربردی، پدیده شکل دهی هیدرولیکی را می توان به عنوان یک راه حل قابل توجه برای تشکیل لایه های فلزی به کار گرفت. جهت اهداف امنیتی، ارزیابی فرآیند شکل دهی هیدرولیکی لوله در این رویه کاربردی صنعتی و شبیه سازی های عددی بر مبنای FEM، که در ابتدا باید انجام شود، ضروری تلقی می گردد. جهت اجرای شبیه سازی های وابسته عددی شکل دهی هیدرولیکی لوله و حاصل آوردن اطلاعات درست در زمینه تنش های داخلی در لوله باید خاطر نشان ساخت که داده‌های مواد حاصله از آزمایش برآمدگی لوله متناسب تر از داده های حاصله از آزمایش کششی کلاسیک می باشند.

Fuchizawa  و Narazaki (1993) اقدام به توسعه یک مدل تحلیلی برای بررسی برآمدگی لوله نمودند. منحنی های تنش- کرنش تجربی که ناشی از تست های برآمدگی و آزمایشات کششی تک محوره می باشند با موارد مرتبط با آزمایش برآمدگی لوله مورد مقایسه قرار گرفته و تناسب این موضوع، مخصوصا برای لوله های حاصله از طریق فرآیند پروفیل سازی و جوشکاری،  مورد تصدیق قرار گرفت.

Sokolowski و همکاران (۲۰۰۰)، اقدام به انجام آزمایش شکل دهی هیدرولیکی با استفاده از روش FE و داده های حاصله از آزمایش برآمدگی لوله نمودند. این موضوع مشخص شد که داده های چنین موادی منجر به بروز نتایج دقیق تری می گردند.

این مقاله در سه بخش سازمان دهی شده است. در ابتدا یک مدل تحلیلی اصلی پیشنهاد می شود. سپس ارزیابی های عددی ارائه می گردند. در نهایت، پارامترهای خطا به منظور پیش بینی پارامترهای مرتبط تر در طی اعمال رویه های تجربی که در آینده اعمال می شوند مورد بررسی قرار می گیرند.

آزمایش برآمدگی لوله تحلیل تئوریکی

۲- مدل تحلیلی

آزمایش برآمدگی لوله در حقیقیت یک آزمون توصیف ماده می باشد که برای مواد فلزی که همانند لوله شکل داده شده اند الزامی است چرا که اجازه تولید وضعیت های تنش دومحوری مشابه با موارد حاصله در حالت شکل گیری هیدرولیکی لوله را خواهد داد.

آزمایش برآمدگی لوله شامل دفرمه شدگی پلاستیکی یک لوله از طریق اعمال فشار داخلی می‌باشد. کشش تنها به میزان کوتاه مدت ( اما به مقدار کفایت درمقایسه با ضخامت) برای این لوله اعمال می شود. بخش های غیر کششی از طریق بستن پلانجرها یا لوله بازکن ها بلوکه می شوند. یک مدل CED در زمینه سیستم تجربی در شکل ۱ الف و ب نشان داده شده است.

هدف از این آزمایش حاصل آوردن منحنی سخت سازی می باشد که به وسیله تنش و کرنش هم ارز آن همراه با برآورد فشار داخلی و حداکثر طول بخش برآمده لوله اعمال می شود.

در بخش ذیل، یک مدل هندسی برای آنچه تحت عناوین پارامترها و متغیرهای هندسی مشخص می‌گردند تعریف خواهد شد. با توجه بدین مدل، ضخامت کنونی در طول مفید لوله را می توان مورد ارزیابی قرار داد.

سپس یک تحلیل مکانیکی جهت تشخیص وضعیت های تنش و کرنش اعمال می گردد.

۱-۲٫ پیکربندی هندسی

پیکربندی پیشنهادی هندسی بر مبنای مشاهداتی است که بر روی لوله دفرمه شده حاصله از شبیه سازی عددی آزمایش برآمدگی لوله اعمال شده است.

به منظور مشخص سازی مدل هندسی، لازم است تا فرضیه های ذیل را تعیین کنیم:

• در ناحیه برآمده، این احتمال وجود دارد که لوله به دو قوس محیطی در دو سطح طولی دفرمه یا تغییر شکل داده شود.

• منطقه برآمده بوسیله رویه متقارن مشخص می گردد: این رویه ارائه دهنده یک قرینه مدور در حول محور لوله و یک قرینه یا تقارن آینه ای در امتداد سطح به صورت عمود بر محور لوله و متمرکز به طول ناحیه بی‌عیب می باشد.

• این موضوع در نظر گرفته می شود که هیچ گونه سرخوردگی در نواحی بلوکه در طی آزمایش اعمال نخواهد شد.

۲-۲٫ ارزیابی ضخامت جاری لوله

حجم های پوشش های داخلی و خارجی لوله برآمده را می توان از (Y(Z ارائه شده بوسیله معادله ۶ مورد ارزیابی قرار داد که خود قابلیت برآورد حجم ماده به شرح ذیل را خواهد داشت:

۳-۲٫ تحلیل مکانیکی

۱-۳-۲٫ حالت تغییر شکل / کرنش

تانسور کرنش یک لوله تحت فشار داخلی با مدل هندسی که در بخش ۱-۲ مشخص شده است به شرح ذیل خواهد بود:

۲-۳-۲٫ حالت تنش

نتایج ذیل در مورد لوله های نازک که به وسیله فشار داخلی تحت تاثیر می باشند معتبر خواهد بود. در این مورد، تانسور تنش به شکل ذیل خواهد بود:

آزمایش برآمدگی لوله تحلیل تئوریکی

۳- اعتبار سنجی های عددی

جهت تعیین اعتبار این مدل، رویه تجربی بر روی نتایج عددی که بوسیله شبیه سازی FE انجام شد به کار گرفته می شود.

این رویه تجربی شامل برآورد حداکثر بلندی لوله و فشار داخلی جهت ارزیابی موارد ذیل می باشد:

• ضخامت جاری همانگونه که در بخش ۲-۲ تشریح شد.

• کرنش های نصف النهار و دایره‌ای همانگونه که در بخش ۱-۳-۲ تشریح گردید.

• …

آزمایش برآمدگی لوله تحلیل تئوریکی

۴- ارزیابی خطاهای تجربی در زمینه نتایج سنجشی

بخش ۳ اقدام به مشخص نمودن اعتبار مدل تحلیلی پیشنهادی نموده است که در آن لوله برآمده با استفاده از دو قوس محیطی مدل سازی شده است. اما شبیه سازی های عنصر محدود با استفاده از لوله کامل(ضخامت ثابت) انجام شده است و اعتبار سنجی های عددی نیز که در بخش ۳ اعمال گردیده اند این نظریه را در بردارند که هیچ گونه نقصی خارج از مبحث مشخص شده در طی این آزمایشات وجود ندارد. در طی این مراحل چندین منبع از موارد معیوب و غیر دقیق وجود دارند:

آزمایش برآمدگی لوله تحلیل تئوریکی

۵- نتیجه گیری

در این مطالعه یک مدل تحلیلی در مبحث آزمایش برآمدگی لوله بر اساس مشاهدات هندسی توسعه یافته است . با توجه به آنکه لوله مربوطه بگونه‌ای دفرمه یا تغییر شکل داده شده است که تغییر آنرا می توان به وسیله دو قوس محیطی در دو سطح عمود بر هم در محور لوله تشریح نمود، امر بیان وضعیت های کرنشی و تنشی در ناحیه برآمده نیز امکان پذیر می باشد.

قبل از اجرای تحقیق تجربی، مدل تحلیلی با استفاده از نتایج عنصر محدود (فشار داخلی و بلندی برآمدگی ) به عنوان داده های تجربی، مورد تصدیق قرار گرفت. نتایج حاصله تا کرنش حقیقی ۴/۰ به صورت مرتبط می‌باشند. امر اعتبار سنجی از طریق مقایسه چندین پارامتر نظیر سیر ارتقای ضخامت قطب در طی این آزمایش، تنوع ضخامت در امتداد ناحیه برآمده برای وضعیت کرنش حداکثری و منحنی تنش- کرنش در محدوده پلاستیکی مشخص شد.

این مدل همچنین جهت ارزیابی تاثیر موارد نادرست بر روی  ۳ پارامتر تجربی به کار گرفته شد: انحراف ها در ضخامت اولیه لوله و شعاع لوله و عدم دقت در موقعیت یابی حس گر جایگزینی. این ضخامت به نظر دارای بیشترین پارامتر تاثیر گذار بوده و از تاثیر بسیار زیادی بر برآورد تنش برخوردار است. حتی در صورتی که اولین آزمایشات توافق بسیار خوبی را با نتایج تحلیلی وعددی نشان دهند (شکل ۱۳)، لازم خواهد بود تا این توصیه را در نظر داشته باشیم که قابلیت برآورد بسیار دقیق ضخامت لوله، قبل از اعمال آزمایش برآمدگی، به عنوان شاخص منحنی سخت سازی، در ماده تحت مطالعه، را داشته باشیم.