ارزیابی رفتار خزشی فولاد مقاوم به حرارت hp35nb با روش شبیه‌سازی اجزای محدود

پیش‌بینی رفتار خزشی آلیاژهای مقاوم به حرارت در شرایط تنش و دمای بالا، نقش کلیدی در طراحی و بهینه‌سازی قطعات صنعتی دارد. آسیب و گسیختگی ناگهانی می‌تواند خطرات و هزینه‌های قابل‌توجهی را تحمیل کند. آزمون‌های تجربی برای بررسی رفتار خزشی تحت شرایط واقعی، فرایندی زمان‌بر و پرهزینه است. بنابراین، توسعه مدل‌های عددی دقیق برای پیش‌بینی خزش، امری ضروری است. انتخاب مدلی مناسب و سازگار با ویژگی‌های خزشی ماده، تاثیر قابل‌توجهی در دقت پیش‌بینی‌ها دارد. لازم است باتوجه به رفتار خزشی ترکیب موردنظر مدل متناسب انتخاب شود. مدل‌های مختلفی برای توصیف رفتار خزشی توسعه یافته‌اند که در این میان، مدل قانون توان و مدل تتا پروجکشن به‌عنوان دو مدل پرکاربرد شناخته می‌شوند. در این پژوهش، رفتار خزشی آلیاژ hp35nb  تحت شرایط مختلف تنش و دمای بالا با استفاده از این دو مدل شبیه‌سازی شد. نتایج با داده‌های تجربی مقاله خزشی این آلیاژ مقایسه شد تا دقت هر مدل در پیش‌بینی رفتار خزشی مشخص شود. به‌منظور تعیین شرایط کارکرد بهینه دو مدل تتا پروجکشن و قانون توان در پیش‌بینی رفتار خزشی ماده به‌ویژه تعیین عملکرد آن‌ها در مراحل مختلف خزش،  نتایج حل عددی مدل‌ها در شرایط مرزی مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که مدل تتا پروجکشن، به دلیل توانایی در توصیف هر سه مرحله خزش به‌ویژه در دما و تنش‌های بالا، تطابق بیشتری با داده‌های آزمایشگاهی داشته و گزینه مناسبی برای پیش‌بینی خزش در شرایط بلندمدت است. این مدل توانست زمان گسیختگی را بادقت مناسبی پیش‌بینی و در تنش‌های بالا و پایین عملکرد پایداری داشته باشد. در مقابل، مدل قانون توان در مرحله اول و دوم خزش دقت بالایی داشت اما در مرحله سوم، کرنش‌های کمتری از مقدار واقعی پیش‌بینی‌ کرد. بعلاوه، در تنش‌های بالاتر، مدل قانون توان دچار انحراف قابل‌توجهی از داده‌های تجربی شد، درحالی‌که در تنش‌های پایین عملکرد بهتری داشت.

evaluation of the creep behavior of hp35nb heat resistant steel using finite element method

prediction of creep behavior in heat-resistant alloys, especially under elevated stress and temperature conditions, is crucial for the design and optimization of industrial components. significant risks and costs often arise from sudden damage and failure due to creep. experimental tests for evaluation of creep behavior are time-consuming and expensive; thus, developing accurate numerical models for creep prediction is essential. the power law model and theta projection model are known as two widely-used methods. this study investigated the creep behavior of hp35nb alloy under varying stress conditions and elevated temperatures through simulations using both power law and theta projection models. a comparison of the numerical results with experimental data was conducted to assess the accuracy of each model in predicting creep behavior. the findings showed that the theta projection model, due to its ability to represent all three stages of creep, aligned more closely with the experimental data and was identified as a suitable choice for predicting the long-term creep. this model was able to estimate rupture time with minimal discrepancy compared to the experimental results, and displayed consistent performance under both high and low stresses. in contrast, the power law model demonstrated high accuracy during the initial and secondary stages of creep, but its predicted strains were lower than the experimental values in the tertiary stage. moreover, at elevated stresses, the power law model exhibited significant deviation from the experimental data, while its predictions were more accurate at lower stresses.