پایان نامه شبیه سازی عددی صافکاری حرارتی اشکال نورد شده

     اعضای سازه­های فولادی به دلایل مختلفی دچار آسیب­دیدگی می­شوند. اضافه بار، ضربه اشیاء، اعوجاجات کنترل نشده در طول ساخت و ساز، جابجایی وسایل نقلیه، زلزله و حرارت برخی از انواع آسیب­ها می­باشند که می­توان این آسیب­ها را در چهار الگوی مشخص (الگوی S[1] (شکل 1 ) ، الگوی W[2] (شکل 2)، الگوی T[3] (شکل 3) و الگوی L[4] (شکل­ 4) همراه با آسیب روی بال[5] و آسیب روی جان[6] تعریف کرد. البته یک آسیب ترکیبی از این موارد هم باشد [1].

 در گذشته ترمیم آسیب سازه­های فولادی از جمله آسیب­های موضعی[7] تنها به روش­های صافکاری مکانیکی[8] (سرد و گرم) انجام می­شد. در روش مکانیکی سرد[9] از نیروهای خارجی در دمای محیط جهت صافکاری فولاد استفاده می­شود در حالی که در صافکاری مکانیکی گرم[10]، فولاد تا درجه حرارت بالایی (اغلب بیشتر از 927 درجه سانتی­گراد) گرم شده و سپس به وسیله نیروهای خارجی صاف می­گردد. هر دوی این روش­ها در برگیرنده کرنش سختی­ای[11] می­باشند که منتج به کاهش      شکل­پذیری[12] (چکش­خواری) و افزایش تردی[13] یا شکنندگی خواهد شد. بنابراین روش ترمیم از طریق صافکاری حرارتی[14] یک روش ترمیمی ایمن است که درجه حرارت گرمایش، به 650 درجه سانتی­گراد و تنش­های بالابرنده[15]، به 50 درصد تنش تسلیم در دمای محیط محدود می­شوند [2].

     صافکاری حرارتی، یک فرآیند حرارتی - مکانیکی است که حرارت کنترل شده­ای را در الگوهای خاص در نواحی­ای که فولاد دچار تغییر­­شکل پلاستیک[16] شده است به صورت متناوب بکار برده و چرخه­های گرمایشی و سرمایشی را کنترل می­کند [3]. این روش نزدیک به نیم قرن است که به دلیل پتانسیل بالای آن در رفع خمش و تغییر­شکل اصلی المان­های فولادبه خصوص اعوجاج­های ناخواسته در صنایعی از جمله راه­سازی، پل­سازی، کشتی­سازی و غیره مورد استفاده قرار می­گیرد.

از طرفی برای ترمیم موفق اعضای تیرهای آسیب دیده با روش صافکاری حرارتی به کنترل متغیرهای خاصی از جمله موارد زیر نیاز است:

 1) انتخاب الگوی گرمایشی مناسب؛

 2) کنترل درجه حرارت؛

 3) کنترل نیروهای بازدارنده.

ملاحضات بالا از جمله مواردیست که کمک می­کند ترمیم به طور سالم و بدون عیب اجرا شود [4].

     مطالعات انجام شده نشان می­دهد یکی از مهم­ترین و در عین حال دشوارترین مراحل در ترمیم با انتقال حرارت، مرحله کنترل دما است. از آن­جائی­که دمای بیش از حد ممکن است باعث آسیب­دیدگی سطح شده و یا منجر به افزایش شکنندگی شود توجه به عوامل مؤثر بر درجه حرارت­، اندازه و نوع روزنه­های منبع حرارت­، شدت شعله­، سرعت حرکت شعله، ضخامت و ساختار عضو ضروری می­باشد [3]. برای بررسی نقش متغیرهای فوق بر میزان صافکاری می­توان شبیه­سازی­هایی بر اساس مقادیر مختلف این متغیرها ترتیب داد. تحلیل انتقال حرارت به­همراه تحلیل تغییر­شکل، در محیط نرم­افزار ANSYS قادر به توضیح و تفسیر مشاهدات تجربی می­باشد [5]. لذا از این طریق می­توان مجموعه­ای از داده­ها را برای استخراج روابط نظری تشکیل داد. با بررسی­های به­عمل آمده تحقیقات تجربی بسیاری در خارج از کشور در زمینه تأثیر متغیرهای مذکور انجام شده که تعداد محدودی از آن­ها شبیه­سازی عددی مربوطه را نیز لحاظ نمودند ولی در داخل کشور کار پژوهشی و تحقیقاتی قابل استنادی یافت نشد. در این تحقیق با فرض ثابت بودن ضخامت، متغیرهای شدت شعله، سرعت حرکت مشعل به عنوان

 متغیرهای مؤثر بر صافکاری فرض شده است که در یک تیر فولادی تحت آسیب الگوی S  و ترمیم با الگوهای گرمایشی V و نواری مورد بررسی قرار می­گیرد. احتمالاً الگوی گرمایشی V، یکی از پرکابردترین الگوهای گرمایشی باشد. در این روش مطابق شکل 5، در ابتدا یک نقطه حرارت داده می­شود که به عنوان رأس یک مثلث در نظر گرفته خواهد شد. همان­طوری­که مشعل به­صورت رفت و برگشت (عقب و جلو) حرکت داده می­شود طول پهنه جارو افزایش یافته و غالباً یک ناحیه حرارت دیده مثلثی ایجاد می­کند. الگوی گرمایشی نواری که گاهی مستطیلی نیز گفته می­شود مطابق شکل 6، شامل مسیرهای تکراری مشعل است که بصورت رفت و برگشت (عقب وجلو) در راستای یک سطح مستطیلی حرکت مارپیچی دارد [6].   

     در تحلیل­های مهندسی می­توان از آنالیز المان محدود[17] جهت شبیه­سازی پاسخ سازه­های فلزی در معرض آسیب و ترمیم استفاده کرد. لذا در این پژوهش از تحلیل المان محدود ترمو الاستیک پلاستیک در محیط نرم­افزار اجزاء محدود ANSYS، میزان ترمیم از طریق صافکاری حرارتی اشکال نورد شده مانند یک تیر، تحت الگوی گرمایشی V و نواری جهت رفع آسیب الگوی S مورد بررسی قرار می­گیرد تا به سوالاتی مبنی بر این­که آیا روابط دوران پلاستیک[18]، فاکتور نیروی بالابرنده[19]، فاکتور تنش[20] و فاکتور شکل[21] بدست آمده در شبیه­سازی با نتایج سایر محققان مطابقت دارد؟ و این­که آیا می­توان از   روش­های شبیه­سازی بر اساس تحلیل اجزاء محدود FEA جهت مدل­سازی آسیب خمش حول محور قوی (الگوی S) استفاده کرد؟ پاسخ داده شود.

[1]. Strong

[2]. Weak

[3]. Torsion or Twisting

[4]. Localized

[5]. Flange

[6]. Web

[7]. Localized Damages

[8]. Mechanical Straightening

[9]. Cold Mechanical Straightening

[10]. Hot Mechanical Straightening

[11]. Strain Hardening

[12]. Ductility

[13]. Brittleness

[14]. Heat Straightening

[15]. Jacking Stresses

[16]. Plastic Deformation

[17]. Finite Element Analysis (FEA)

[18]. Plastic Rotation

[19]. Jacking Load Factor

[20]. Stress Factor

[21]. Form Factor