توصيفگر ها :
خزش , شبيه سازي المان محدود , نرم افزار آباكوس , مدل تواني نورتون , مدل سينوسي هذلولي , مدل تتا پروجكشن
چكيده فارسي :
باتوجهبه پيشرفتها و توسعه صنايعي با كاركرد در دماي بالا از جمله پتروشيمي، يكي از چالشهايي كه امروزه مهندسان با آن روبهرو شدهاند، بروز پديده خزش و پيشبيني دقيق زمان وقوع آن است. از شرايط وقوع اين پديده، دماي بالا، تنش يكنواخت و كمتر از نقطه تسليم در مدتزمان طولاني است. ثابت شده است كه شناخت دقيق هر سه مرحلۀ آن، اهميت بالايي در پيبردن به رفتار ماده دارد. يكي از روشهاي متداول بررسي رفتار خزشي ماده و پيشبيني زمان وقوع آن، آزمون تنش گسيختگي است. اين آزمون معمولاً نيازمند هزينه و زمان بالايي است. در نتيجه، براي بررسي تمام شرايط از جمله دما و تنش، مقرونبهصرفه نيست. بنابراين، شبيهسازي خزش با استفاده از روش المان محدود با نرمافزارهاي مرتبط پيشنهاد ميشود. يكي از كليديترين اين نرمافزارها در زمينه شبيهسازي رفتار مكانيكي ماده از جمله رفتار خزشي، نرمافزار تجاري آباكوس است. از قابليتهاي منحصربهفرد اين روش، بهكارگيري دادههاي آزمونهاي تجربي با فرض ادامهدار بودن منحنيهاي آنها و پيشبيني رفتار خزشي در شرايط مرزي مختلف با هزينه و زمان بسيار كمتري است. در زمينه بررسي رفتار خزشي ماده، چندين مدل ماده با ويژگيهاي منحصربهفرد خود از جمله بررسي رفتار ماده در مرحلة مشخصي از خزش و عملكرد نزديك به واقعيت تحت شرايط دما و تنش اعمال شده مشخص، تعريف شده است. لذا، يافتن مدل مناسب ميتواند نقش اساسي را در پيشبيني دقيق رفتار ماده داشته باشد. باتوجهبه ويژگي و عملكرد جامع مدل سينوسي – هذلولي و مدل تتا پروجكشن نسبت به مدلهاي همگروه خود در تعيين هر سه مرحله خزش و عدم بررسي و مقايسه گسترده آنها در پژوهشهاي پيشين، همچنين، مدل تواني نورتون با قابليت مدلسازي رفتار خزشي ماده در مرحله دوم و بهكارگيري آن در برازش منحني و تعيين پارامترهاي مدلهاي ديگر، در اين پژوهش استفاده شد. علاوه بر اين، براي درك و ارزيابي جامع عملكرد آنها، از سه تركيب شيميايي فولاد مقاوم به حرارت HP، آلياژ 709 و سوپرآلياژ 617 بهعنوان سه ماده كه رفتار و منحنيهاي خزش متفاوتي داشتند، انتخاب و با استفاده از نتايج تجربي حاصل از مقالات آنها، به حل عددي رفتار خزشي ماده با سه مدل ذكر شده در نرمافزار آباكوس پرداخته و در نهايت، بهمنظور تعيين ويژگيها و محدوديتهاي آنها، با نتايج تجربي صحتسنجي شدند. همچنين به كمك مدل سينوسي، آسيب خزشي از صفر تا يك واحد در طول فرايند خزش براي سه تركيب شيميايي ذكر شده به دست آورده شد و مكانيزمهاي احتمالي خزش و عمر خزشي باقيمانده در طول فرايند پيشبيني شد. با تعيين مزايا و محدوديتهاي اين مدلها و شرايط لازم براي عملكرد بهينه و همچنين عوامل تأثيرگذار بر نتايج حاصل از حل عددي در نرمافزار آباكوس، نظير المانبندي، ميزان تنش و دما، دقت پيشبيني رفتار خزشي ماده را تا حد زيادي افزايش يافت. نتايج نشان داد هر مدل براي ماده خاصي و تحت شرايط خاصي ميتواند عملكرد قابلقبول داشته باشد. در نتيجه لازم است در حل عددي از مدل مادهاي متناسب با شرايط موجود استفاده شود. در فولاد مقاوم به حرارت HP و سوپرآلياژ 617، مدل تتا با قابليت پيشبيني سهمرحلهاي خزش در تنشهاي كم و متوسط عملكرد مناسبي داشت. درحاليكه در سوپرآلياژ 709 مدل سينوسي بهعنوان مدل قابلاطمينان انتخاب شد. مدل نورتون نيز باتوجهبه توانايي آن در پيشبيني رفتار خزشي در نرخهاي تقريباً ثابت خزش در اين سه تركيب شيميايي در شرايط تنش بالا توانست نتايج قابلقبولي را ارائه دهد.
چكيده انگليسي :
Given the advances and developments in high-temperature industries such as petrochemicals, one of the challenges faced by engineers today is the phenomenon of creep and the accurate prediction of its occurrence. The occurrence conditions of this phenomenon, including high temperature, uniform stress, and less than the yield point over a long period. One of the common methods for investigating creep behavior in materials is the creep rupture test. This test usually requires high cost and time, so it is not cost-effective to investigate all conditions. Therefore, a finite element method for simulation with related software is proposed. One of the most important software for simulating the mechanical behavior of materials, including creep behavior, is the commercial software ABAQUS. This method uses experimental test data to predict creep behavior under different boundary conditions such as temperature and stress with much less cost and time. In the field of investigating material creep behavior, several material models with their unique characteristics, such as investigating material behavior at a specific stage of creep and close-to-reality performance under applied temperature and stress conditions, have been defined. Therefore, finding an appropriate model for accurate prediction can lead to acceptable results. Considering the comprehensive performance and characteristics of the hyperbolic-sine model and the Theta projection model compared to their peer models in determining all three stages of creep and their lack of extensive examination in previous studies, and the Norton power law model with the ability to model material creep behavior in the second stage and its ability to fit curves and parameters of other models were used in this study. Also, to understand and evaluate their comprehensive performance, used HP heat-resistant steel, alloy 709, and superalloy 617 which were selected as three materials that showed different creep behavior. Numerical simulation creep with these three models had done in ABAQUS software and finally, to determine their characteristics and limitations, they were validated with experimental results. Also, with the help of the sine model, creep damage from zero to unit during the creep process for three mentioned chemical compositions was obtained, and probable creep mechanisms and remaining creep life during the process were predicted. Determining the advantages and limitations of these models and necessary conditions for optimal performance as well as influential factors on the results obtained from numerical solutions in ABAQUS software, such as meshing, stress level, and temperature significantly increased the accuracy of predicting material creep behavior. The results showed that each model can have acceptable performance for a specific material under specific conditions, and it is necessary to use the appropriate material model in numerical solutions based on existing conditions. In heat-resistant steel HP and superalloy 617, the Theta model with the ability to predict all three stages of creep at low and medium stresses had a suitable performance. Meanwhile, in superalloy 709, the sinusoidal model was chosen as a reliable model. The Norton model also provided acceptable results due to its ability to predict creep behavior in the first and second stages in these three chemical compositions under high stresses.