تأثير الأحمال التكرارية الصدمية والحرارية على نمو الشق الداينميكي للصفائح الرقيقة

الباحث

بسام علي احمد

المشرف

فتحي عبد الصاحب الشماع

الجامعة

جامعة بغداد

الكلية / القسم

الهندسة / الهندسة الميكانيكية

الشهادة

دكتوراه

السنة

2021

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Dynamic crack propagation;Cyclic impact loading;Thermal stresses;Thin plates

في هذا العمل تمت دراسة تأثير حمل الصدمة التكراري للأنحناء مع الأجهاد الحراري المتكرر ومتعدد المحاورعلى انتشار Gal) الديناميكي لشق مركزي في صفيحة رقيقة لنوعين من سبائك الألومنيوم )7075 ٠ 6061) مع نوعين للتثبيت SFSF& CSCS في هذه الدراسة تم استخدام الطرق التحليلية والعددية والعملية. الحل التحليلي يتكون من جزأين: الجزء الأول ؛ حساب الأجهادات كدالة مع الزمن تحت تأثير حمل الصدمة التكراري والأجهادات الحرارية المتكررة . تم حساب الأجهادات المتولدة في الصفيحة باستخدام (النظرية الكلاسيكية) للصفائح ومن خلال (حل ليفي) تم حساب الانحراف الكلي وبناءً على (قانون هيرتز) لتحميل الصدمات تم حساب حمل الصدمة كدالة للزمن والمسلطة على مركز الصفيحة واستخدمت (سلسلة فورير) للأجهادات الحرارية المتكررة ولحساب درجة الحرارة كدالة للزمن. الجزء الثاني؛ من حساب الطاقة الحركية للشق واستخدام نظرية ميكانيكا الكسر المرن الخطي (LEFM) ومن خلال الاجهادات الفعالة كدالة للوقت » والتي تم الحصول عليها من الجزء الأول » تم حساب سرعة نمو Gall تم تطوير صيغة جديدة لانتشارالشق الديناميكي باستخدام برنامج Mat Lab-16 لحل المعادلات. التحليل العددي باستخدام برنامج ANSYS18-APDL » حيث تم اختيار العنصر الصلب 6 بمساحة سطح التلامس التي تم إنشاؤها بين ذراع التصادم والصفيحة حيث تم تعريف الصفيحة على أنها سطح التلامس بينما كان ذراع التصادم تم تعريفه على أنه الهدف وتم التعامل معه على أنه صلب مع وجود نودة للإزاحة. تم استخدام االنودة المتصلة بذراع الصدمة للحصول على القوة الهيكلية أثناء المحاكاة. كانت aya أسطح التلامس نموذجية TARGEI70 للأسطح المستهدفة و 14 لعناصر التلامس » ثم تم حساب انتشار الشق الديناميكي تحت تأثير حمل الصدمة التكراري مع الأحمال الحرارارية المتكررة. الجزء العملي حيث تم تصميم وتصنيع جهاز لتسليط حمل الصدمة المتكرر على مركز العينة والتي تكون مثبته SFSF وكذلك CSCS داخل فرن حراري. تم التحكم في عدد الضربات من خلال جهاز التحكم الرقمي ووجود منظم السرعة للتحكم في سرعة ذراع الصدمة. باستخدام كاميرا عالية الدقة » تم أستخدام طريقة المعالجة الصورية الرقمية لقياس مقدار نمو الشق الداينميكي. أن جميع الحسابات أجريت لنسب أبعاد مختلفه للصفائح المستخدمة (2,1.5,1) وبسمك ثابت للصفيحه (2ملم ) بأطوال مختلفه Gill (5 ,3) ملم وبأتجاهات مختلفة Garry )9071,450,09( Gall ثابت (2ملم ( وعرض ثابت للشق (0.1 ملم ). أظهرت النتائج أن انتشار التشقق الديناميكي يزداد مع زيادة في طول التشقق ويزداد مع زيادة aspect ratio وقد وجد أن قيم معدل انتشار الشق الديناميكي عند الزاوية 07 أصغر من القيم في الزاوية 45° والزاوية 90° على التوالي. وعند مقارنة النتائج التي تم الحصول عليها من خلال الحل التحليلي والتحليل العددي بالاضافه الى قيم العملي وجد بأن اكبر نسبة خطأ مئوية لنمو الشق الداينميكي هو )13.9%( بين الحل التحليلي و قيم العملي و(10.5960) بين الحل التحليلي والتحليل العددي و(4.890) بين التحليل العددي والجزء العملي.

In this work, the effect of cycling impact bending with multi-axial cycling thermal stresses on the dynamic crack propagation of a central crack in a thin plate for two types of aluminum alloys (7075T6, 6061T6) with two boundary conditions CSCS and SFSF was studied using analytical, numerical and experimental. An analytical solution which consisting of two parts: The first part; calculating the stresses as a function of time for combined cycling impact loading with cycling thermal stress. The bending stresses generated in the plates from impact loading have been calculated using the (Classical Plate Theory) and through (Levy's Solution). The total derivation was calculated based on the assumption (Hertz Law) for impact loading applied at the center of the plate and for cycling thermal stresses, (Fourier Series) was used to calculate the temperature as a function of time. The second part; from the calculation of the kinetic energy of the crack and the use of linear elastic fracture mechanics (LEFM) and through the effective stresses as a function of time, which was obtained from the first part, the crack growth velocity was calculated. A new formula was developed for dynamic crack propagation using the Mat Lab16 program to solve the equations. In the numerical analysis using the ANSYS18-APDL program, which is need to coupled solid element 226 components with the contact surface area created between the impact arm and the plate where the plate was defined as the contact surface while the impact arm was defined as the target and was treated as a solid with a node to displacement. The nods attached to the impact arm were used to obtain structural strength during simulation. All contact surfaces were typical TARGE170 for target ABSTRACT II surfaces and CONTA174 for contact elements, then the dynamic crack propagation was calculated under the influence of cycling impact loading with cycling thermal stresses. In experimental work, a rig was designed and produced to project the loading of the cycling impact to the middle of the plate SFSF and CSCS fixed in a thermal oven. The number of strikes was controlled through a digital control device and the presence of a velocity regulator to control the speed of the impact arm. A digital image processing method was used to measure the amount of dynamic crack growth, with a high- resolution camera. These calculations have been made for different aspect ratios of a plate (1:1, 1.5:1 & 2:1) with a constant thickness (2mm), for different crack length (3, 5) mm, every crack length had three angles (0o,45o,90o) with constant crack depth (2mm) and width (0.1mm). The results show that the dynamic crack propagation increases with increasing in the crack length and increasing with an increasing aspect ratio of the plate. It was found that the values of rate for the dynamic crack propagation at the angle 0o were smaller than the values at the angle 45o and the angle 90o respectively. When comparing the results that were obtained from analytical, numerical, and experimental methods, for the dynamic crack propagation, it is found that the maximum error percentage (13.9%) between analytical solution and experimental work, while the maximum error percentage (10.5%) between analytical solution with numerical analysis, and the maximum error percentage (4.8%) between numerical analysis and experimental work.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب