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- مقدمه1
1-1 پیش­گفتار1 
1-2 مبانی جوشکاری3 
1-2-1 تعریف جوش3 
1-2-2 انواع اتصالات جوشی3 
1-2-3 انواع جوش4 
1-2-4 جوش شیاری5 
1-3 جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود روکش­دار6 
1-4 ساماندهی پایان نامه7 
  

فصل دوم- تحلیل حرارتی و مکانیکی جوش

8 
2-1 پیش­گفتار8 
2-2 تحلیل حرارتی9 
2-2-1 منبع حرارتی12 
2-2-1-1 بازده منبع حرارتی12 

 

2-2-1-2 شار حرارتی ناشی از قوس جوشکاری13 
2-2-1-3 نرخ تولید گرما17 
2-2-2 خواص ماده در تحلیل حرارتی18 
2-2-3 تغییر فاز18 
2-2-4 شرایط مرزی21 
2-2-4-1 اتلاف حرارت جابجایی21 
2-2-4-2 انتقال حرارت تشعشعی22 
2-2-4-3 شار حرارتی22 
2-2-5 نتایج تحلیل حرارتی23 
2-3 تحلیل مکانیکی24 
2-3-1 روش تحلیل ناخطی در روش اجزای محدود25 
2-3-1-1 روش نیوتن- رافسون26 
2-3-2 خواص ماده در تحلیل مکانیکی28 
2-3-3 نتایج تحلیل مکانیکی29 
2-4 تنش­های ناشی از جوشکاری        29 
   
 فصل سوم- تنش­های پسماند ناشی از جوشکاری (مبانی نظری و تاریخچه)33
3-1 پیش­گفتار33 
3-2 تنش­های پسماند طولی ناشی از جوشکاری35 

 

3-3 تنش‌های پسماند عرضی ناشی از جوشکاری40 
3-4 روش­های تعیین تنش­های پسماند ناشی از جوشکاری44 
3-5 بررسی تاریخچه تأثیر توالی یک جوش بر تنش‌های پسماند ناشی از جوشکاری49 
3-5-1 تاریخچه تحلیل حرارتی51 
3-5-2 تاریخچه تحلیل مکانیکی52 
3-5-3 نتایج به دست آمده از شبیه‌سازی52 
3-5-4 مقایسه نتایج54 
3-6 نتایج شبیه­سازی تنش پسماند ناشی از جوشکاری56 
3-7 تأثیر جهت جوشکاری بر تنش پسماند در جوشکاری چند پاسه (یک شیاره)59 
3-8 تنش­های پسماند ناشی از جوشکاری برای ورق ضخیم با شیار V شکل دو طرفه61 
  

فصل چهارم- مدل­سازی فرآیند جوشکاری در ANSYS

70
 4-1 پیش­گفتار70
 4-2 مشخصات مورد نیاز تحلیل70
 4-2-1 هندسه قطعه­ کار70
 4-2-2 خواص مواد71
 4-2-3 مشخصات منبع حرارتی72
 4-3 تحلیل حرارتی72
 4-3-1 جزء حرارتی73

 

4-3-2 روش تولد و مرگ اجزاء75
4-3-3 نتایج تحلیل حرارتی77
4-4 تحلیل مکانیکی79
4-4-1 جزء مکانیکی80
4-4-2 مدل­سازی تنش­های پسماند80
4-4-2-1 اثرات شبکه­بندی بر نتایج تنش پسماند81
4-4-2-2 تنش­های پسماند طولی83
4-4-2-3 تنش­های پسماند جانبی84
  
فصل پنجم- صفحات دارای بازشو86
5-1 پیش­گفتار86
5-2 مشخصات مورد نیاز تحلیل86
5-2-1 هندسه قطعه کار86
5-2-2 خواص مواد87
5-3 تحلیل حرارتی87
5-4 تحلیل مکانیکی91
5-5 تأثیر ابعاد صفحه بر تنش­های پسماند93
  
فصل ششم- صفحات دارای سخت­کننده96

 

6-1 پیش­گفتار96 
6-2 مشخصات مورد نیاز تحلیل96 
6-2-1 هندسه قطعه کار96
6-2-2 خواص مواد97
6-3 تحلیل حرارتی97
6-4 تحلیل مکانیکی101
6-5 تأثیر ابعاد صفحه بر تنش­های پسماند102
6-6 تأثیر ابعاد سخت­کننده­ها بر تنش­های پسماند103
6-7 تأثیر فاصله سخت­کننده از محور جوش بر تنش­های پسماند106
6-7-1 هندسه قطعه کار106
6-8 صفحات دارای ترکیب بازشو و سخت­کننده109
6-8-1 تحلیل حرارتی110
6-8-2 تنش­های پسماند در صفحات دارای ترکیب بازشو و سخت­کننده111
  
فصل هفتم نتیجه­گیری و پیشنهاد برای ادامه پژوهش112
7-1 پیش­گفتار112
7-2 نتایج113
7-3 پیشنهاد برای ادامه پژوهش114
مراجع115

 

فهرست شکل­ها

شکلصفحه
شکل 1-1 نواحی تشکیل‌دهنده جوش3
شکل 1-2 انواع اتصالات جوشکاری4
شکل 1-3 انواع جوش مورد استفاده در اتصالات5
شکل 1-4 انواع آماده­سازی لبه5
شکل 1-5 جوش قوس الکتریکی با الکترود روکش­دار6
شکل 2-1 پروفیل گوسی متحرک در حین جوشکاری14
شکل 2-2 تغییر خواص فولاد نرمه معمولی نسبت به دما18
شکل 2-3 نمودار آنتالپی– دما برای یک ماده آلیاژی20
شکل 2-4 روش حل مرحله­ای – تکراری برای مسائل ناخطی25
شکل 2-5 روش طول قوس برای حل مسائل با هندسه ناخطی26
شکل 2-6 مراحل روش نیوتن- رافسون28
شکل 2-7 تنش‌های پسماند ثبت ‌شده روی چند ذره فلزی30
شکل 3-1 مثال­هایی از توزیع تنش‌های طولی ناشی از جوشکاری36
شکل 3-2 منحنی خصوصیات انبساطی37
شکل 3-3 نمایش سه­­ بعدی از توزیع تنش‌های پسماند طولی ناشی از جوشکاری38
شکل 3-4 تأثیر طول نمونه جوشکاری39

 

شکل 3-5 تنش­های پسماند عرضی ناشی از جوشکاری یک پاسه42 
شکل 3-6 نمایش سه­ بعدی از توزیع تنش­های پسماند عرضی43 
شکل 3-7 تنش­های پسماند عرضی در راستای عمق ضخامت44 
شکل 3-8 مدل دو بعدی جریان انتقال حرارت45 
شکل 3-9 هندسه قطعه کار و مدل سه بعدی قطعه کار در نرم­افزار46 
شکل 3-10 اتصال سپری46 
شکل 3-11 تغییرشکل جسم پس از جوشکاری47 
شکل 3-12 سطح مقطع جوش و مدل‌سازی شده در نرم­افزار47 
شکل 3-13 تاریخچه دمایی برای چند نقطه بر روی سطح داخلی48 
شکل 3-14– الف توزیع تنش پسماند طولی در سطح داخلی48 
شکل 3-14– ب توزیع تنش پسماند شعاعی در سطح داخلی48 
شکل 3-15– الف توزیع تنش پسماند طولی در سطح بیرونی49 
شکل 3-15– ب توزیع تنش پسماند شعاعی در سطح بیرونی49 
شکل 3-16 طرح اتصال برای جوش محیطی در استوانه  50 
شکل 3-17 توالی جوشکاری برای حالت 1 (3 پاسه) و حالت 2 (8 پاسه)50 
شکل 3-18 منحنی به کار رفته جهت حرارت ورودی (کل زمان = T)51 
شکل 3-19 نمودار حرارت در برابر زمان برای حالت 152
شکل 3-20 نمودار حرارت در برابر زمان برای حالت 253
شکل 3-21 مقادیر تنش‌های پسماند برای هر دو حالت 1 و 253

 

شکل 3-22 نتایج تغییر شکل­های محوری برای هر دو حالت 1 و 254
شکل 3-23 نتایج به دست برای تغییرات حرارتی نسبت به زمان در فاصله 7/12 میلی­متر از خط نزدیکی جوش روی سطح داخلی لوله بعد از آخرین پاس (برای حالت 1)55
شکل 3-24 نتایج به دست آمده توسط 6 سازمان برای تنش‌های عرضی در سرتاسر ضخامت روی خط مرکزی جوش بعد از آخرین پاس (برای حالت 1)56 
شکل 3-25 جهت‌های جوشکاری57 
شکل 3-26 توزیع تنش‌های معادل در مرکز جوش58 
شکل 3-27 مش­بندی صفحه60 
شکل 3-28 توزیع تنش‌های معادل در مقطع مرکزی جوش60 
شکل 3-29 توزیع تنش‌های پسماند طولی در مقطع مرکزی جوش60 
شکل 3-30 ابعاد نمونه شبیه‌سازی بر حسب میلی‌متر62 
شکل 3-31 مش­بندی برای جوش v شکل دو طرفه62 
شکل 3-32 تقسیم‌بندی لایه­ها62 
شکل 3-33 توزیع تنش‌های معادل63 
شکل 3-34 توزیع تنش‌های پسماند عرضی63 
شکل 3-35 توزیع تنش‌های پسماند طولی64 
شکل 3-36 توزیع تنش‌های معادل در سرتاسر ضخامت روی مقطع مرکزی جوش64 
شکل 3-37 توزیع تنش‌های عرضی در سرتاسر ضخامت روی مقطع مرکزی جوش65 
شکل 3-38 توزیع تنش‌های طولی در سرتاسر ضخامت روی مقطع مرکزی جوش66 

 

شکل 3-39 مقایسه نتایج آزمایشگاهی با شبیه­سازی (تنش‌های پسماند عرضی)66
شکل 3-40 مقایسه نتایج آزمایشگاهی با شبیه­سازی (تنش‌های پسماند طولی)67
شکل 3-41 مقایسه­ تنش‌های عرضی بین لایه­های هم­جهت و لایه­های معکوس68
شکل 4-1 مشخصات قطعه کار مدل شده71
شکل 4-2 مدل جزء محدود صفحه در نرم­افزار ANSYS73
شکل 4-3 هندسه جزء SOLID9074
شکل 4-4 توزیع دما و جهت جوشکاری77
شکل 4-5 تاریخچه دمایی سه نقطه از مقطع میانی صفحه78
شکل 4-6 دمای گره­های مدل در زمان 16 ثانیه79
شکل 4-7 جزء  SOLID18680
شکل 4-8 سه شبکه­بندی مورد تحلیل82
شکل 4-9 توزیع تنش­ پسماند طولی در مقطع میانی صفحه83
شکل 4-10 توزیع تنش پسماند طولی بر روی محور جوش84
شکل 4-11 توزیع تنش­ پسماند جانبی در مقطع میانی صفحه85
شکل 4-12 توزیع تنش پسماند جانبی بر روی محور جوش85
شکل 5-1 مشخصات قطعه کار مدل شده87
شکل 5-2 مدل اجزاء محدود صفحه و توالی جوشکاری88
شکل 5-3 توزیع دما و جهت جوشکاری88
شکل 5-4 تاریخچه دمایی چهار نقطه در مقطع ابتدایی صفحه89

 

شکل 5-5 تاریخچه دمایی چهار نقطه در مقطع میانی صفحه89
شکل 5-6 تاریخچه دمایی چهار نقطه در مقطع انتهایی صفحه89
شکل 5-7 تاریخچه دمایی 5 نقطه روی محور جوش در مقاطع مختلف صفحه90
شکل 5-8 دمای گره­های مدل در زمان 125 ثانیه91
شکل 5-9 توزیع تنش پسماند جانبی در راستای X92
شکل 5-10 توزیع تنش پسماند جانبی در راستای Y92
شکل 5-11 توزیع تنش پسماند طولی در راستای Z93
شکل 5-12 توزیع تنش پسماند فون مایزز در صفحه94
شکل 5-13 توزیع تنش طولی در چند مقطع میانی از صفحه94
شکل 6-1 مشخصات قطعه کار97
شکل 6-2 مدل اجزای محدود صفحه دارای سخت­کننده98
شکل 6-3 نحوه توزیع دمای ناشی از جوشکاری در صفحه دارای سخت­کننده98
شکل 6-4 تاریخچه دمایی در مقطعmm  Y=0 صفحه با سخت­کننده99
شکل 6-5 تاریخچه دمایی در مقطعmm  Y=200 صفحه با سخت­کننده99
شکل 6-6 تاریخچه دمایی در مقطع Y=400 mm صفحه با سخت­کننده99
شکل 6-7 تاریخچه دمایی 5 نقطه روی محور جوش در مقاطع مختلف صفحه100
شکل 6-8 گرادیان حرارتی در مقطعY=200 mm  بر حسب فاصله از محور جوش101
شکل 6-9 سه مقطع مورد تحلیل در صفحه102
شکل 6-10 تنش پسماند در مقطع Y=200 mm صفحه در جهت Y102

 

شکل 6-11 توزیع تنش طولی در دو مقطع میانی از صفحه با سخت­کننده با نسبت عرض به ضخامت 5/7104
شکل 6-12 توزیع تنش طولی در دو مقطع میانی از صفحه با سخت­کننده با نسبت عرض به ضخامت 10104
شکل 6-13 توزیع تنش طولی در دو مقطع میانی از صفحه با سخت­کننده با نسبت عرض به ضخامت 5/12104
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 کار106
شکل 6-16 مدل اجزای محدود صفحه دارای سخت­کننده با فواصل مختلف از محور جوش107
شکل 6-17 نحوه توزیع دمای ناشی از جوشکاری در صفحه دارای سخت­کننده با فواصل مختلف از محور جوش108
شکل 6-18 توزیع تنش طولی در دو مقطع میانی از صفحه با سخت­کننده با فواصل مختلف109
شکل 6-19 مدل اجزای محدود صفحات دارای ترکیب بازشو و سخت­کننده110
شکل 6-20 نحوه توزیع دمای ناشی از جوشکاری در صفحه دارای سخت­کننده و بازشوی مربعی110
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 1/0111

 

 

فهرست جدول­ها

 

جدولصفحه
جدول 3-1 حرارت ورودی برای حالت 150
جدول 3-2 حرارت ورودی برای حالت 2  51
جدول 3-3 حداکثر تنش‌های پسماند برای جهت‌های مختلف جوشکاری چند لایه58
جدول 3-4 حداکثر تنش‌های پسماند برای جهت‌های مختلف جوشکاری چند پاسه61
جدول 3-5 حداکثر تنش‌های پسماند برای توالی‌های مختلف67
جدول 4-1 مشخصات مواد مورد نیاز در تحلیل حرارتی71
جدول 4-2 مشخصات مواد مورد نیاز در تحلیل مکانیکی72
جدول 4-3 مشخصات منبع جوشکاری72
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 عملیات جوشکاری، بعد از مرحله سرد شدن جسم، تنش‌هایی در آن باقی می‌ماند که به آن‌ها تنش‌های پسماند می‌گویند. این تنش‌ها و همچنین تغییر شکل‌های ناخواسته ناشی از جوشکاری، مهم‌ترین عواملی هستند که باعث ضعیف شدن اتصالات جوش و ناکارایی آن‌ها در تحمل طولانی مدت بارها، شده‌اند. از این رو، مهندسین علاقمند به دانش کاملی از توزیع تنش‌های پسماند در سرتاسر جوش، روش‌های تغییر دادن آن و نیز انتخاب روند جوشکاری مناسب که بتواند تنش‌های پسماند را به حداقل ممکن کاهش دهد، هستند ]1[.

روش‌های تجربی اندازه‌گیری تنش‌های پسماند جوشکاری علاوه بر گران‌قیمت بودن در بعضی از موارد مستلزم عملیات سوراخ‌کاری و یا مقطع زنی در قطعه جوش داده‌شده بوده و فقط مقدار تنش را در سوراخ‌های ایجادشده و یا در بلوک‌های جداشده به دست می‌دهند. پیشرفت روش‌های تجربی نا­مخرب اگرچه توانست تا حدودی این کاستی‌ها را جبران کند، ولی نمی‌تواند جوابگوی تمامی مشکلات باشد. به همین دلیل نیاز بیش­تری 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 : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09309714541 (فقط پیامک)        info@arshadha.ir

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.

--  -- --

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید