بررسی تاثیر مدول مماسی در ناحیه کار-سختی منحنی تنش-کرنش روی شکل‌پذیری ستون‌های لوله‌ای از جنس فولاد ضدزنگ

با توجه به مفهوم شکل پذیری اجزای سازهای در ارتباط با ظرفیت حفظ پایداری پس از تجربه ناحیه خمیری در ماده، تاثیر تغییر مدول مماسی مادهدر ناحیه کار-سختی در تعیین ظرفیت باربری پس ازکمانش ستون های لوله ای از جنس فولاد ضدزنگ مورد توجه قرار گرفت. با توجه به هزینه کمتر مطالعات عددی نسبت به مطالعات آزمایشگاهی در رابطه با موضوع، روش تحقیق بر مبنای تهیه مدل های المان محدود انتخاب شده و روش مدل سازی در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی در مورد یک نمونه ستون لوله ای از جنس فولاد ضدزنگ با d/t=60 مورد تصدیق قرار گرفت که بدین منظور رفتار غیرخطی مصالح و هندسه در مدل ملاحظه شد. در ادامه مدل‌های المان محدود برای نسبت‌های مختلف d/t توسعه داده شده و مطابق با نتایج بدست آمده، با افزایش نسبت قطر به ضخامت برای ستون‌ها، دو پارامتر مهم در مورد شکل‌پذیری شامل اول، ظرفیت جذب انرژی و دوم، نسبت تغییرشکل ستون در آستانه فروریزش به تغییرشکل در لحظه تسلیم مقطع (e/g) با افزایش چشمگیری مشاهده شد، بعنوان مثال جذب انرژی و e/g در ستون d/t=30 نسبت به ستون d/t=60 به ترتیب حدود 35% و 111% افزایش پیدا کرد. دو مدل مذکور برای بررسی تاثیر تغییر مدول مماسی در ناحیه کار سختی انتخاب شده و تاثیر مدول مماسی در دو بخش مقدم و موخر روی پارامترهای مربوط به میزان شکل‌پذیری ستون‌ها بررسی شد. نتایج بدست آمده، افزایش مدول مماسی ماده در بخش مقدم کار سختی را دارای تاثیر مهم روی ظرفیت شکل‌پذیری ستون‌ها با نسبت d/t متوسط و مدول مماسی در بخش موخر کار سختی را دارای تاثیر مهم در مورد ستون‌ها با نسبت d/t کمتر نشان دادند. با افزایش دو برابری مدول مماسی در بخش موخر کار سختی، جذب انرژی و  نسبت e/g در ستون d/t=30 به ترتیب به اندازه 111% و 71% نسبت به نمونه ستون با فرض ماده آزمایشگاهی افزایش پیدا کرد حال‌‎آنکه با افزایش دو برابری مدول مماسی در بخش مقدم کار سختی، دو پارامتر یاد شده در مورد ستون d/t=60 به ترتیب به اندازه 26% و 46% نسبت به فرض ماده آزمایشگاهی افزایش یافت. نتایج این مطالعه نشان می دهد، جهت داشتن رفتار شکل‌پذیرتر برای ستون‌ها، می توان با تعریف ترکیب شیمیایی مناسب مصالح، بخش کار- سختی را با توجه به اندازه قطر به ضخامت ستون ها بهینه سازی کرده و از مزایای شکل پذیری بیشتر برخوردار بود.

on the influence of tangential modulus in work-hardening part of stress-strain curve on ductility of stainless-steel tubular columns

regarding the dependence of ductility response in structural components on their ability to keep stability after yielding of the material, in this paper, the influence of change in tangential modulus of work hardening part of stress strain response, was observed on the load carrying capacity and plastic buckling response of stainless steel tubular columns. to keep cost effectivity in the research, the objective of the study was followed by fe modeling, which was verified by simulation of plastic buckling in an experimental specimen with d/t=60, made of duplex stainless steel. for all components of the models, s4r elements were used and both material and geometrical nonlinearity were included in the models. to conduct deformation of the columns according to the experimental observations, an initial imperfection equal to t/100 to combination of first three mode shapes of the columns was imported. the material stress strain response after yield point was determined for the model by a multilinear curve according to the tensile stress strain curve, obtained experimentally. the main parameters for comparison of the fe model and experimental observation were force displacement curves. the fe study was extended by modeling of stainless steel columns with various d/t ratios in range of d/t=30 120. two main parameters comprised of energy absorption capacity and deformation of the column related to yield of the section and collapse threshold (e/g) were compared to the columns with various d/t ratios.according to force deformation curves, by decrease of d/t ratio, the energy absorption capacity increased considerably for the columns, for example the energy absorption capacity and e/g ratio increased by 12% and 12%, respectively for comparison of the columns with d/t=60 and d/t=30, however, e/g ratio for the columns of d/t=120 and 100 were less than two, categorized as a force controlled column. two models with d/t=30, 60 were selected to follow the objective of the study. the work hardening response of the material was approximated by two linear segments, the first by a tangential modulus equal to e=7.9 gpa and the second was by the tangential modulus equal to e=2.4 gpa. the influence of change in tangential modulus through a range between 0 200% was observed on the structural parameters related to ductility, comprised of energy absorption capacity up to collapse threshold and deformation of column at the collapse threshold. the results showed different reaction of the columns with different d/t ratios, increase of tangential modulus at the first work hardening part was more significant than increase of the influence by the later part of the work hardening response for the column of d/t=60, however an inverse effect was observed for the column of d/t=30, i.e. the influence of tangential modulus at the later part was more significant for this column. by doubling the tangential modulus of earlier part of the work hardening response, the energy absorption capacity and e/g ratio for the column of d/t=60 increased by 26% and 46%, respectively. by doubling the tangential modulus of later part of work hardening response, the energy absorption capacity and e/g ratio for the column of d/t=30 increased by 111% and 71%, respectively. the results showed significant parts of work hardening response of duplex stainless steel, to be exploited for development of ductility in the tubular columns.