بررسی رفتار خستگی سایشی در ورق های سوراخ دار آلومینیوم-2024-تی 3 تقویت شده با روش انبساط سرد

ورق‌های دارای انبساط سرد به صورت گسترده در اتصالات پیچ و مهره که تحت نیروی پیشبار می‌باشند، بکار می‌روند. مطالعات گذشته در مورد تاثیر انبساط سرد و نیروی پیش‌بار بر روی رفتار خستگی در اتصالات پیچ و مهره نشان داده‌اند که میزان درصد انبساط سرد به صورت قابل توجهی بر روی رفتار خستگی اتصالات تاثیرگذار بوده و احتمال وقوع خستگی سایشی را افزایش می‌دهد. برای درک بهتر این پدیده لازم است تا اطلاع دقیق‌تری در مورد تاثیر انبساط سرد بر روی تغییرات نیروی اصطکاک در طول بارگذاری خستگی سایشی و تاثیر آن بر روی توزیع تنش در نواحی اطراف محل تمرکز تنش بدست آورد. بدین منظور در این مقاله، با طراحی دستگاه مناسب، شرایط بارگذاری خستگی سایشی بر روی ورقه‌ای سوراخدار ایجاد شده و نمونه‌های دارای انبساط سرد تحت شرایط بارگذاری مختلف قرار گرفته‌اند. همچنین از شبیه‌سازی عددی به منظور تخمین توزیع تنش‌های پسماند ناشی از انبساط سرد و بررسی تاثیر آن بر روی رفتار خستگی سایشی استفاده شده است. جهت مقایسه مقاومت خستگی سایشی در نمونه‌های مختلف از پارامتر اسمیت واتسون تاپر استفاده شده است. نتایج بدست آمده نشان می‌دهند که انجام انبساط سرد تاثیر تمرکز تنش را در نواحی نزدیک به سوراخ کاهش می‌دهد. این در حالی است که در نواحی دورتر از سوراخ به دلیل ایجاد تنش‌های پسماند کششی احتمال وقوع خستگی سایشی را افزایش می‌دهد.

On the Fretting Fatigue Behavior of the Cold Expanded Aluminum Alloy 2024-T3 Plates

Cold expanded holed plates are widely used in bolted joints which are subjected to clamping force. Previous studies on the effect of clamping force together with cold expansion on the fatigue behavior of the bolted joints revealed that the size of cold expansion has a great influence on the fatigue durability of these joints due to the increase of the possibility of fretting fatigue occurrence. For better understanding this phenomenon, it is necessary to have detailed information about the effect of cold expansion on frictional force evolution during fatigue loading and the resulting stress field around the stress concentration zone. Therefore, in this paper, the fretting fatigue testing apparatus was designed and fabricated for conducting fretting fatigue tests on the cold expanded specimens. Moreover, finite element simulation was used for evaluation of the residual stress distribution due to cold expansion and its effect on the fretting fatigue behavior of the joint. SmithWatsonTopper multiaxial fatigue parameter was engaged for comparing the fatigue durability of the test specimens. The obtained results indicated that the cold expansion process reduces the stress concentration effect near the hole edge while it increases the possibility of fretting fatigue occurrence by generating tensile residual stress at areas away from the hole edge.