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

01_abaqus_creep_curve

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.

02_abaqus_creep_curve_steps

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.

03_abaqus_creep_strain_time

04_abaqus_creep_strain_time


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.

05_abaqus_part

 

یک پارت به روش extrusion ایجاد کنید و در آن دو دایره هم مرکز به شعاع های .228 و.139 ایجاد کنید.

07_abaqus_circle

در Edit Base Extrusion عمق را 0.458 وارد کنید.

08_abaqus_extrude

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.

09_abaqus_datum

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:

10_abaqus_plane

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.

10_1_abaqus_plane

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.

11_abaqus_part

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.

12_abaqus_part

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.

13_abaqus_cut

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.

14_abaqus_part


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.

15_abaqus_material

در پنجره Edit Material مسیر Mechanical->Expansion را برای وارد کردن خواص انبساطی جنس طی میکنیم و اعداد را وارد میکنیم.

16_abaqus_material

در پنجره Edit Material مسیرMechanical>Plasticity>Creep. را برای وارد کردن ضرائب ثابت خزش طی میکنیم.

17_abaqus_material_creep

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:

18_abaqus_step_static

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:

19_abaqus_step_visco

20_abaqus_step_visco

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.

21_abaqus_set

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.

22_abaqus_field_output

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.

23_abaqus_history_output


 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.

24_abaqus_xsymm

مشابه مراحل قبل برای قسمت نشان داده شده در شکل تکیه گاه ZSYMM را وارد میکنیم.

25_abaqus_zsymm

جابجایی عمودی، U2، را نیز برای سطح نشان داده شده در شکل با اعمال شرایط مرزی displacement/rotation را مقید و ثابت می کنیم.

26_abaqus_bc

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.

27_abaqus_pressure

مانند مرحله قبل فشار -8.281E6 را برای سطح جانبی قطعه نشان داده شده در شکل تکرار میکنیم.

29_abaqus_pressure

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.

32_abaqus_predefined_temp


 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.

34_abaqus_partition

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.

35_abaqus_partition

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.

36_abaqus_partition

مراحل فوق را برای قسمت جلویی قطعه تکرار میکنیم.

39_abaqus_partition

اگر مراحل را درست طی کرده باشیم باید به شکل زیر برسیم.

37_abaqus_partition 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.

38_abaqus_partition

در زیر منو اصلی Pick را انتخاب میکنیم و سپس نقطه ها و خط مورد نظر را مانند شکل انتخاب میکنیم.

41_abaqus_partition

در نهایت باید به شکل زیر برسیم.

42_abaqus_partition

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.

43_abaqus_partition

مراحل را برای شکل زیر تکرار میکنیم.

44_abaqus_partition

اگر مراحل را درست طی کنیم باید به شکل برسیم.

45_abaqus_partition

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.

48_abaqus_mesh


 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.

50_abaqus_mises_contour

به طرز مشابه با کلیک بر روی CEEQ میتوان کرنش خزشی (creep strain) را مشاهده کرد.

51_abaqus_ceeq_contour

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.

52_abaqus_curve

مراحل را برای U3 تکرار میکنیم.

53_abaqus_curve

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.

57_abaqus_active_step

اکنون باید به شکل زیر برسیم.

58_abaqus_curve

مراحل را برای CEEQ تکرار میکنیم.

59_abaqus_curve

22 comments

  • سلام ممنون بابت پاسخ گویی ببخشید تو این مثال وجود دما چه تاثیری تو حل مثله داشته یا تعریف EXPANTION واسه چه بوده من میخوام یه دیسک دوار دارای خزش رو تحلیل XFEMکنم به نظزتان شدنی هست؟ ممنون
  • با سلام من هم در مورد تحلیل فرکانسی به همین مشکل برخورده ام و فکر می کنم که اگر تحلیل مثلاً در طول سازه یا قطعه باشه بایستی طبق یکسری روابط که مرتبط با طول موج هست بتوان طول مناسب را برای تحلیل فرکانسی اون سازه به دست آورد تا در نهایت به جواب درستی رسید
  • با سلام خدمت استاد محترم. من یک سازه یک طبقه رو با المان wire مدل کردم و در قسمت step از تحلیل frequency برای محاسبه فرکانس طبیعی سازه استفاده کردم.در انتهای تحلیل و در پایین شکل 2 مقدار نشان داده شد : فرکانس :0.6786 و value:32.76 ولی هیچ کدوم از این اعداد اصلا شبیه به فرمول دینامیک سازه w=sqrt(k/m) نیستند. اگر ممکنه لطفا راهنمایی بفرمایید.با تشکر
  • سلام در مورد دستور map solution میشه دقیقا بگید که من باید این دستور رو در کجا وارد کنم و چطور می تونم دستور رو بنویسم؟؟؟؟؟ برای پایان نامه ام نیاز دارم..... با تشکر فراوان
  • سلام بابک جان من توی تحلیل خزشم از یه ورق استفاده کردم از نوع شل ولی توی خروجی STH عوض نمیشه میخوام تغییر ضخامت رو ببینم تحلیل visco با STH مشکلی داره؟ یه سوال دیگه هم اینه که PE واسه خزش بی معناست؟ آخه به هر حال وارد ناحیه پلاستیک میشه!
      • ااستفاده از المانهای سالید به شدت زمان حل رو بالا میبره شاید یه چیزی در حد 20 برابر یا حتی بیشتر من از شل استفاده کردم و المان ها هم کش اومدند ولی چیزی که برام جالب بود اینه که توی خروجی نه STH عوض میشه و نه PE هر دوشون تکون نمیخورند (دومی که از اول تا آخر صفر هست) آخه توی خزش یه چیزی داریم به عنوان CE یا مثلا CEEQ که مربوط به کرنش های خزشی هست که اتفاقا اینا صفر نیستند. شاید توی استفاده از STH حتما باید تحلیل شامل تغییر PE باشه که اینجا چون PE صفره ضخامت هم ثابت مونده! خلاصه بدجوری گیر کردم توی داکیومنتیشن یه مثالی حل کرده که توش ورق رو از نوع ممبرین گرفته ولی حرفی از ضخامت نزده با ممبرین هم حل میکنم جلو نرفته این خطا رو میده No elements supported for error indicator output were found in elset assembly_b.
        • تا جایی که میدانم خزش پارامترها و خروجی های خودش را دارد. برای همین CEEQ غیرصفر است. فکر نمی کنم برای PE عددی ثبت شود. The total strain E is composed of the elastic strain EE, the inelastic strain IE, and the thermal strain THE. The inelastic strain IE consists of the plastic strain PE and the creep strain CE. بنابراین شما باید CE را ثبت و بررسی کنید. تا جایی که دیدم خروجی STH برای تحلیل خزشی تعریف نشده است.
  • سلام، من پست‌های شما رو در مورد xfem و خزش را دیدم، میخواستم بدونم آیا میدونین که چطور می‌شه این ۲ تا رو باهم ترکیب کرد؟ ممنون میشم اگه بتونین راهنماییم کنید.