بررسی پارامترهای مؤثر در تعیین تنش های پسماند در صفحات فلزی و چندلایه‌های کامپوزیتی با روش شیارزنی

Subject Areas : Journal of Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering

محمود مهرداد شکریه ¹ , سعید اکبری رکن‌آبادی ²

1 - استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، قطب علمی مکانیک جامدات تجربی و دینامیک، آزمایشگاه تحقیقاتی کامپوزیت، دانشگاه علم و صنعت ایران.
2 - دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، قطب علمی مکانیک جامدات تجربی و دینامیک، آزمایشگاه تحقیقاتی کامپوزیت، دانشگاه علم و صنعت ایران.

Received: 2015-09-29 Accepted : 2015-09-29 Published : 2011-06-22

Keywords: تنش های پسماند, روش شیارزنی, کامپوزیت های پلیمری, ضرایب نرمی, تحلیل اجزا محدود,

Abstract :

روش شیارزنی یکی از روش­های پرکاربرد در اندازه­گیری تنش­های پسماند است که طی آن شیاری در چند مرحله در قطعه مورد نظر ایجاد  شده و کرنش­های آزاد شده در هر مرحله به وسیله کرنش­سنج ثبت می­شود. ارتباط بین کرنش­های ثبت شده و تنش­های پسماند به وسیله ماتریس ضرایب نرمی صورت می­گیرد. در این تحقیق به کمک روش اجزای محدود، پارامترهای مؤثر در محاسبه مقادیر ضرایب نرمی برای صفحات فلزی ایزوتروپیک و همچنین چند لایه­های کامپوزیتی بررسی شده است. در ابتدا فرایند شبیه‌سازی برای صفحات ایزوتروپیک به‌صورت دو و سه بعدی انجام گرفته است. نتایج به‌دست آمده بیانگر تطابق کامل نتایج دو مدل است. برای محاسبه ضرایب نرمی نیاز به محاسبه کرنش متوسط در محل کرنش­سنج است. برای این کار از روش­های مبتنی بر کرنش و مبتنی بر جابه‌جایی استفاده شده است. همچنین با مقایسه ترک و شیار، تأثیر عرض شیار بر ضرایب نرمی بررسی شده است. سپس میزان کرنش ثبت شده توسط کرنش‌سنج‌های با  طول اندازه‌گیرهای مختلف مقایسه و مشخص شد با استفاده از کرنش‌سنج­های با طول اندازه‌گیر کمتر، میزان کرنش ثبت شده افزایش یافته و در نتیجه خطای اندازه­گیری کاهش می‌یابد. در نهایت با استفاده از مدل سه­بعدی ارائه شده ضرایب نرمی برای دو چندلایه­ای کامپوزیتی کربن- اپوکسی و شیشه- اپوکسی تعیین شده­اند.

References:

[1] Gascoigne H.E., Residual Surface Stresses in Laminated Cross-Ply Fiber- epoxy Composite Materials, Experimental Mechanics, 34:1, 1994, pp. 7-36.

[2] Ersoy N., Vardar O., Measurement of Residual Stresses in Layered Composites by Compliance Method, Journal of Composite Materials, 34:7, 2000, pp. 575–598,

[3] Vaidyanathan S., Finnie I., Determination of Residual Stresses from Stress Intensity Factor Measurements, Journal of Basic Engineering, 93, 1971, pp. 242-246.

[4] Cheng W., Finnie I., A Method for Measurement of Axisymmetric Residual Stresses in Circumferentially Welded Thin-Walled Cylinders, Journal of Engineering Materials and Technology, 107, 1985, pp.181-185.

[5] Cheng, W., and Finnie, I., Measurement of Residual Hoop Stress in Cylinders Using the Compliance Method, Journal of Engineering Materials and Technology, 108, 1986, pp. 87-92.

[6] Kang K.J., Song J.H., Earmme Y.Y., A Method for the Measurement of Residual Stresses Using a Fracture Mechanics Approach, J. Strain Anal. Eng. Des., 24, 1989, pp. 23-30.

[7] Schajer G., Prime M.B., Residual Stress Solution Extrapolation for the Slitting Method Using Equilibrium Constraints, Journal of Engineering Materials and Technology, 129, 2007, pp. 227-232,

[8] Prime M. B., Plasticity Effects in Incremental Slitting Measurement of Residual Stresses, Engineering Fracture Mechanics, 77:10, 2010, pp. 1552-1566.

[9] Prime M.B., Residual Stress Measurement by Successive Extension of a Slot: The Crack Compliance Method, Journal of Applied Mechanics, 52: 2, 1999, pp. 75-96.

[10]            Hermann R., Crack Growth and Residual Stress in Al-Li Metal Matrix Composites Under Far-Field Cyclic Compression, Journal of Materials Science, 30:15, 1995, pp. 3782–3790.

[11]             Prime M.B., Hill M.R., Measurement of Fiber-Scale Residual Stress Variation in a Metal-Matrix Composite, Journal of Composite Materials, 38: 23, 2004, pp. 2079-2095.

[12]             Hill M.R., Lin W.Y., Residual Stress Measurement in a Ceramic-Metallic Graded Material, Journal of Engineering Materials and Technology, 124: 2, 2002, pp. 185–191.

[13]             Lee M.J., Hill M.R., Effect of strain gage length when determining residual stress by slitting, Journal of Engineering Materials and Technology, 129:1, 2007, pp. 375-382.

[14]             ANSYS Help System, Analysis Guide and Theory Reference, Ver. 12.

[15]             Schajer G.S., Use of Displacement Data to Calculate Strain Gauge Response in Non- Uniform Strain Fields, Strain , 29:1, 1993, pp. 9-13,.

[16]             Shokrieh M.M., and Ghasemi A.R., Simulation of Central Hole Drilling Process for Measurement of Residual Stresses in Isotropic, Orthotropic and Laminated Composites Plates, Journal of Composite Materials, 41, 2007,  pp. 435-452.

[17]             Prime, M. B., and Hill, M.R., Uncertainty, Model Error, and Order Selection for Series-Expanded, Residual-Stress Inverse Solutions, Journal of Engineering Materials and Technology, 128, 2006,  pp. 175–185.