تحلیل خزش
این مطلب توسط آقای حامد قناعت برای انتشار در سایت ارسال شده است.
خزش (Creep) تغییر فرم دائم با گذشت زمان در یک ماده که تحت تنش یا نیروی ثابت قرار دارد، می باشد و این امر در دمای بالا (بیش از دمای تبلور مجدد) اهمیت بیشتری دارد. برای تعیین منحنی خزش مهندسی یک فلز، نیروی ثابتی را به یک نمونه کششی در دمای ثابت اعمال می کنند و کرنش نمونه بر حسب تابعی از زمان تعیین می گردد. در شکل روبرو شماتیک منحنی خزش نشان داده شده است.
همانگونه که در منحنی خزش مشاهده می شود، این منحنی از سه ناحیه مشخص تشکیل شده که عبارت است از:
ناحیه I : خزش اولیه / Primarycreep
ناحیه II : خزش ثانویه یا خزش حالت پایدار / Secondarycreep
ناحیه III : خزش ثالث / Tertiarycreep
اگر شیب منحنی خزش بر حسب کرنش رسم شود، یک منحنی آهنگ خزش بر حسب کرنش کل بدست می آید که در شکل روبرو نشان داده شده است.
اولین مرحله خزش که خزش اولیه نام دارد، ناحیه ای است که کم شدن آهنگ خزش را نشان می دهد.
مرحله دوم خزش موسوم به خزش ثانویه دوره ای با آهنگ خزش ثقریباً ثابت است که از ایجاد تعادل مابین فرآیند های کارسختی و بازیابی نتیجه می شود.
مرحله سوم یا خزش ثالث عمدتاً در آزمایش های خزش با نیروی ثابت و تنش های زیاد در دما های بالا رخ می دهد. خزش ثالث هنگامی رخ می دهد که کاهش موثر در سطح مقطع به علت گلویی شدن یا تشکیل حفره ها به وجود می آید. خزش ثالث اغلب با تغییرات متالورژیکی مانند درشت شدن ذرات یا تغییرات نفوذی در فاز های موجود همراه است.
ماژول part
مدل یک لوله و سیلندر تحت فشار است که تحت دمایی خاص قرار دارد و شامل دو مرحله static analysis وanalysisVesselمیباشد که در ادامه درمورد انها توضیح داده میشود. ماژول part این امکان را به کاربر میدهد که به وسیله ی طرح هندسه قطعات/قطعات مجزایی به صورت مستقیم یا به وسیله وارد کردن هندسه از برنامهای مدل ساز دیگر ایجاد کرد.
یک پارت به روش extrusion ایجاد کنید و در آن دو دایره هم مرکز به شعاع های .228 و.139 ایجاد کنید.
در Edit Base Extrusion عمق را 0.458 وارد کنید.
سپس برای کشیدن ادامه قطعه نیاز به ایجاد یک صفحه و یک محور داریم که برای ان در منوی اصلی به روی Tools/Datum کلیک میکنیم و بعد از انتخاب offset from principal plane بر روی XZ Plane در زیر صفحه اصلی کلیک میکنیم.
سپس مقدار فاصله را برابر 0.528 قرار میدهیم و بر روی دکمه وسط موس کلیک میکنیم.
برای ایجاد محورTools/Datum را طی میکنیم و پس از ایجاد تنظیمات مانند شکل بر روی X-Axis کلیک میکنیم.
اکنون باید به شکل مشابه شکل زیر برسیم:
برای کشیدن ادامه شکل مسیر Shape-Solid-Extrude را طی میکنیم. سپس صفحه و محور ایجاد شده در مراحل قبل را انتخاب میکنیم تا وارد محیط اسکچ شویم.
در وسط محیط اسکچ یک دایره به شعاع 0.084را رسم میکنیم. سپس بر روی ِDone کلیک میکنیم و از پنجرهEdit Extrusion گزینه Blind را انتخاب کرده و عمق حجم را 0.35 وارد میکنیم توسط Flip جهت را به سمت نشان داده شده در شکل تغییر میدهیم و بر روی Done کلیک میکنیم.
برای ایجاد سوراخ در وسط لوله ایجاد شده، مسیرShape-Cut-Extrude را طی میکنیم و بر روی دایره و خط محور نشان داده شده در شکل کلیک میکنیم تا وارد محیط اسکچ شویم و یک دایره به شعاع 0.05 میکشیم و بر روی Done کلیک میکنیم.
در Edit Cut Extrusion گزینه Blind را انتخاب و اندازه 0.528 را وارد میکنیم. برای گرد کردن مسیر نشان داده شده در شکل دستور Shape-Blend-Round/Fillet را اجرا کرده و شعاع فیلت را 0.04 وارد میکنیم.
از منوی اصلی Shape-Cut-Extrude را انتخاب کرده و بر روی بالای قطعه و خط محور کلیک میکنیم. آنگاه در محیط اسکچ Create Lines-Connected را انتخاب و مسیر دوبعدی نشان داده شده در شکل را میکشیم و بر دکمه وسط موس به نشانه Done کلیک میکنیم.
در پنجره Edit Cut Extrusion بر روی Through All به نشانه بریدن قطعه تا انتها کلیک میکنیم. اگر همه مراحل را درست طی کرده باشیم به شکل زیر میرسیم.
ماژول Property
در پنجره Edit Material مسیر Mechanical -> Elasticity-> Elastic را برای وارد کردن مدول یانگ و ضریب پواسون نسبت به دما به صورت زیر طی میکنیم.
در پنجره Edit Material مسیر Mechanical->Expansion را برای وارد کردن خواص انبساطی جنس طی میکنیم و اعداد را وارد میکنیم.
در پنجره Edit Material مسیرMechanical>Plasticity>Creep. را برای وارد کردن ضرائب ثابت خزش طی میکنیم.
درنهایت خواص را به قطعه نسبت دهید.
ماژول Assembly
یک نمونه از قطعه را در محیط اسمبلی در حالت dependent یا independent وارد کنید.
ماژول Step
از ماژول Step برای ایجاد و پیکره بندی مراحل یک انالیز و خروجی های درخواستی استفاده میشود.توالی Step شامل یک مسیر مناسب برای بدست اوردن تغییرات موجود در یک مدل مانند تغییرات بارگذاری و شرایط مرزی میشود.خروجی های درخواستی میتواند در بین Stepها تغییر کند.
از منوی اصلی در قسمت Module محیط Step را اننخاب میکنیم.
مسیرStep>Create را طی میکنیم تا وارد دستور Create Step شویم. نام Step را Pressure وارد میکنیم و نوع General را پذیرفته و از لیست Static General را انتخاب میکنیم:
General: ایجاد تحلیل های خطی و غیر خطی
Static General: در این تحلیل اثرات اینرسی نادیده گرفته میشود،این تحلیل میتواند به صورت خطی و غیر خطی انجام شود.در این تحلیل وابستگی رفتار ماده به زمان نادیده گرفته میشود.
در پنجره Edit Step مانند شکل عمل میکنیم:
برای ایجاد گام تحلیلی دوم مجدداً مسیرStep>Create را طی میکنیم تا وارد دستور Create Step شویم.نام ان را Creep گذاشته نوع General را پذیرفته و از لیست Visco را انتخاب میکنیم:
Visco: کاربر برای مسائل تحت تنش شبه استاتیکی که پاسخ مساله وابسته به زمان است(خزش،تورم مصالح،ویسکوالاستیسیته،ویسکوپلاستیسیته دولایه)میتواند از این تحلیل استفاده کند.این تحلیل تا زمانی که اثرات اینرسی قابل چشم پوشی است معتبر است و میتواند خطی یا غیر خطی باشد.
در پنجره Edit Step مانند شکل ها عمل میکنیم:
در این قسمت برای تعیین خروجی های مورد نظر ابتدا باید یک set ایجاد کنیم، بنابراین از منوی اصلی مسیر Tools>Set>Create را طی میکنیم نام ان را Out گذاشته و بر روی Continue کلیک میکنیم. سپس نقطه نشان داده شده در شکل را انتخاب میکنیم.
تعیین خروجی های مورد نیاز
از منوی اصلی مسیر Output>Field Output Requests>Manager را طی میکنیم. در پنجره باز شده Propagated را از قسمت Creep ویرایش میکنیم. در قسمت Stresses پیش فرض را قبول میکنیم.
در قسمت Strains تیک این سه قسمت را برمیداریم: PE, PEEQ, and PEMAG. در ادامه تیک این دو قسمت را نیز برمیداریم: Forces/Reactions and Contact. و در نهایت پیش فرض Displacement/Velocity/Acceleration را قبول میکنیم.
عدد دو را در مقابل n در وضعیت every n increments مشابه شکل وارد کرده و بر روی ok کلیک میکنیم.
برای تعیین history output که از آن برای ترسیم نمودار استفاده خواهیم کرد از منوی اصلی مسیر Output> History Output Requests>Manager را طی میکنیم.
در پنجره باز شده قسمت Created Pressure را edit میکنیم. domin را در وضعیت set قرار داده و در قسمت انتخابی Out را برمیگزینیم. تیک Output Variables و Energy را برمیداریم.
در قسمتDisplacement/Velocity/ Acceleration/ تیک U را میزنیم و n را برابر 2 قرار داده سپس بر روی ok کلیک میکنیم.
ماژول load
در این ماژول امکان بارگذاری و همچنین تخصیص شرایط مرزی و نیز بارهای از پیش تعریف شده وجود دارد.بارها و شرایط مرزی کاملا وابسته به step میباشند.به این معنی که باید مراحل تحلیل در ماژول step مشخص شود تا بتوان موارد مربوط به این ماژول را مورد استفاده قرار داد.برخی بارهای از پیش تعریف شده به step وابسته اند،اما برخی دیگر از همان ابتدای تحلیل قابلیت اجرا دارند.
به این منظور از لیست Module در صفحه اصلی load را انتخاب میکنیم. برای ایجاد شرایط مرزی از منو اصلی BC>Create را طی کرده تا وارد دستور Create Boundary شویم نام X-SYMM را برای ان انتخاب کرده و استپ Initial را انتخاب میکنیم.از قسمت Mechanical تکیه گاه Symmetry/Antisymmetry/Encastre را انتخاب میکنیم.
با نگه داشتن کلید shift دو قسمت نشان داده شده در شکل را انتخاب کرده XSYMM را انتخاب کرده و و بر روی OK کلیک میکنیم.
مشابه مراحل قبل برای قسمت نشان داده شده در شکل تکیه گاه ZSYMM را وارد میکنیم.
جابجایی عمودی، U2، را نیز برای سطح نشان داده شده در شکل با اعمال شرایط مرزی displacement/rotation را مقید و ثابت می کنیم.
ایجاد فشار داخلی
از منو اصلی مسیر Load Create را طی کرده تا وارد دستور Create Load شوید نام Pressure Internal را طی کرده از استپ Pressure و از قسمت Mechanical Pressure را انتخاب میکنیم.
قسمت نشان داده شده در شکل را انتخاب کرده و بر روی done کلیک میکنیم و مقدار 1.4e+7 را برای فشار وارد بر این سطوح وارد می کنیم.
مانند مرحله قبل فشار -8.281E6 را برای سطح جانبی قطعه نشان داده شده در شکل تکرار میکنیم.
با توجه به آنکه خواصی که برای متریال داده شده است وابسته به دما هستند لازم است دمای اولیه برای قطعه تعیین گردد. برای وارد کردن دمای اولیه ابزار Create Field را انتخاب کرده، گزینه other از category و سپس temperature را از میان گزینه ها انتخاب میکنیم.
از روی صفحه نمایش کل شکل را انتخاب میکنیم و باز مانند شکل دمای اولیه 540 را وارد میکنیم.
ماژول Mesh
ماژول Mesh از ابزارهایی تشکیل شده است و این امکان را به کاربر میدهد تا مش اجزا محدود را در یک مونتاژ ایجاد شده تولید کند. ذکر این نکته ضروری است که باید مشی را تولید کرد که در یک تحلیل خاص نیازهای کاربر را براورده کند. در این مثال برای مش بندی برای آنکه به مش بندی بهتر و ایده آلی دست یابیم باید توسط ابزارPartition جسم را به قسمت های کوچکتر تقسیم کرد.
از قسمت Module وارد ماژول Mesh میشویم. سپس از منو اصلی مسیر Tools>Partition را طی کرده تا وارد دستور Partition Create شویم و در ان Define cutting plane را ا ز قسمت Cell انتخاب میکنیم و در زیر منو اصلی بر روی Point & Normal کلیک میکنیم. اکنون نقطه و خط نشان داده شده درشکل را انتخاب میکنیم.
برای ایجاد پارتیشن در قسمتی دیگر از مدل از منو اصلی مسیر Tools>Partition را طی کرده تا وارد دستور Partition Create شویم و در ان Sketch را ا ز قسمت Face انتخاب میکنیم.سپس قسمت نشان داده شده در شکل را انتخاب کرده و بر روی Done کلیک میکنیم تا وارد محیط Sketch شویم.
در محیط اسکچ Add>Construction را طی کرده و دو خط محور افقی و عمودی نشان داده شده در شکل را رسم میکنیم و سپس توسط دستور Create Lines: Connected اسکچ را مانند شکل تکمیل میکنیم.
مراحل فوق را برای قسمت جلویی قطعه تکرار میکنیم.
اگر مراحل را درست طی کرده باشیم باید به شکل زیر برسیم.
از منو اصلی مسیر Tools>Partition را طی کرده تا وارد دستور Partition Create شویم و درآن curved path normal to 2 edges را از قسمت Face انتخاب میکنیم.قسمت نشان داده شده در شکل را انتخاب میکنیم.
در زیر منو اصلی Pick را انتخاب میکنیم و سپس نقطه ها و خط مورد نظر را مانند شکل انتخاب میکنیم.
در نهایت باید به شکل زیر برسیم.
از منو اصلی مسیر Tools>Partition را طی کرده تا وارد دستور Partition Create شویم و در ان N-sided patch را از قسمت Cell انتخاب میکنیم.
پارت نشان داده شده در شکل را انتخاب میکنیم سپس نوع ان را Select Corner Points انتخاب و چهار نقطه نشان داده شده در شکل را انتخاب میکنیم.
مراحل را برای شکل زیر تکرار میکنیم.
اگر مراحل را درست طی کنیم باید به شکل برسیم.
اکنون کل شکل سبز است و میتوان قطعه را با استفاده از المانهای Hex مش بندی کرد. از منو اصلی Seed>Instance را طی کرده تا به دستور برسیم و مقدار ان را 0.027 وارد میکنیم.
از منو اصلی Mesh>Element Type را طی کرده و سپس کل شکل را انتتخاب و بر روی ok کلیک میکنیم. برای دقت بیشتر تحلیل geometric order را در حالت quadratic قرار دهید. مش بندی نهایی مدل مشابه شکل خواهد بود.
ماژول JOB
برای تحلیل مدل از ماژول JOB استفاده میکنیم.پیش رفت مراحل تحلیل با استفاده از Monitor قابل مشاهده است.میتوان چند مدل را به طور همزمان اجرا نمود و مراحل پیشرفت یک مدل را به طور همزمان مشاهده کرد.
از منو اصلی در قسمت Module ماژول Job را انتخاب میکنیم. سپس بر روی Job Create کلیک میکنیم. نام تحلیل را PipeCreep گذاشته و بر رویContinueکلیک میکنیم و مجدداً روی OK کلیک میکنیم.
برای شروع تحلیل بر روی Submit کلیک میکنیم. با کلیک روی Monitor میتوان مراحل تحلیل را مشاهده کرد.
بعد از پیغام Completed برای دیدن نتایج بر روی Results کلیک میکنیم تا برای دیدن نتایج حل وارد ماژول Visualization شویم.
ماژول Visualization
ماژول نمایش گرافیکی خروجی مدل اجزا محدود و نتایج را برای کاربر فراهم میکند.این ماژول شامل مدل و اطلاعات نتایج از داده های خروجی میباشد.میتوانیم اطلاعاتی که در این ماژول استفاده میشود با استفاده از اصلاح خروجی های درخواستی در ماژول Step کنترل کرد.
برای دیدن تنش فون میزس مراحل زیر را انجام دهید.
از منو اصلی در قسمت Module ماژول Visualization را انتخاب میکنیم. سپس با طی کردن مسیر Result>Field Output میتوان خروجی مورد نظر را انتخاب کرد.
با کلیک بر روی S Mises وسپس جهت فعال کردن حالت نمایشی میتوان تنش فون میزس را مشاهده نمود.
به طرز مشابه با کلیک بر روی CEEQ میتوان کرنش خزشی (creep strain) را مشاهده کرد.
بر روی Create XY Data کلیک میکنیم تا خروجی های مورد نظر را به صورت نمودار ببینیم. گزینه ODB history output را انتخاب میکنیم و بر روی Continue کلیک میکنیم. U2 را انتخاب و بر روی Plot کلیک میکنیم.
مراحل را برای U3 تکرار میکنیم.
برای دیدن نمودار تنش:
بر روی Create XY Data کلیک میکنیم تا خروجی های مورد نظر را به صورت نمودار ببینیم.مانند شکل ODB Field Output را انتخاب میکنیم و بر روی Continue کلیک میکنیم.
در قسمت Variables نوع Unique Nodal و از زیر منوی آن S: Stress components را انتخاب کینیم.
در قسمت Elements/Nodes نود ایجاد شده در ماژول step را انتخاب میکنیم.
در قسمت Steps/Frames فقط Creep را انتخاب و بر روی Plot کلیک میکنیم.
اکنون باید به شکل زیر برسیم.
مراحل را برای CEEQ تکرار میکنیم.
22 comments