بررسی رفتار نمونه های al1050 تحت فرایند اتوفرتاژ به روش المان محدود و تجربی

اتوفرتاژ فرایندی است که به منظور ایجاد تنش های پسماند مفید در استوانه های جدار ضخیم تحت فشار مورد استفاده قرار می گیرد. در این روش تنش های پسماند فشاری در سطح داخلی موجب افزایش ظرفیت بار، بهبود عملکرد عمر خستگی و کاهش شروع ترک های خستگی می شود. فرایند اتوفرتاژ می تواند با استفاده از فشار هیدرولیکی یا مکانیکی به جداره داخلی سیلندرهای جدار ضخیم برای ایجاد تنش های پسماند انجام شود. در این پژوهش یک مجموعه اتوفرتاژ آزمایشگاهی بر مبنای عملکرد هیدرولیکی ساخته شد و سپس نمونه های آلومینیوم 1050 در فشارهای مختلف تحت فرایند اتوفرتاژ قرار گرفت. هم چنین برای ارزیابی رفتار نمونه ها تحت فرایند اتوفرتاژ، نمونه ها در نرم افزار المان محدود abaqus مدل سازی شد و برای ارزیابی صحت داده های حاصل از روش المان محدود از کرنش سنج نصب شده بر روی نمونه ها در راستای مماسی استفاده گردید. در مدل سازی المان محدود نمونه ها تمامی پارامترهای تاثیرگذار بر فرایند اتوفرتاژ، همانند اصطکاک بین صفحات محفظه و نمونه ها و رفتار الاستیک-پلاستیک سخت شونده نمونه ها لحاظ گردید. نتایج حاصل از روش المان محدود و کرنش سنج ، تطابق بسیار خوبی نسبت به هم پیدا کردند. نتایج حاصل از روش المان محدود، نشان دهنده وجود یک درصد اتوفرتاژ بهینه در هر فشار کاری می باشد. هم چنین ملاحظه شد که با اعمال درصد اتوفرتاژ بهینه، می توان بیشینه تنش های فون میسز در نمونه ها را تا حدود 27% کاهش داد. با وجود اینکه در قطعات اتوفرتاژ نشده بیشینه تنش ها در جداره داخلی نمونه اتفاق می افتد، ولی با اعمال فرایند اتوفرتاژ علاوه بر کاهش بیشینه مقدار این تنش ها می توان بیشینه مقدار آن ها را به سمت جداره خارجی انتقال داد و این کار از جهت اینکه اکثر ترک های خستگی در جداره داخلی قطعه تشکیل می شوند، بسیار حائز اهمیت است. در نهایت نتایج حاصل از روش المان محدود نشان می دهد که عدم در نظرگیری پارامترهای موثر در فرایند اتوفرتاژ (اصطکاک و نیروی محوری) باعث ایجاد خطای زیادی در درصد اتوفرتاژ می شود.

Investigation of autofrettage process in Al 1050 specimens by finite element and experimental method

Autofrettage process can be used to introduce beneficial residual stress in the cylinder of thickwalled pressure vessels. In this study, an experimental autofrettage was assembled based on hydraulic performance, and then aluminum alloy (Al1050) specimens were subjected to autofrettage under different pressures. Also, to evaluate the behavior of the specimens under the autofrettage process, the specimens were modeled into the finite element software ABAQUS and for evaluation of the accuracy of the data obtained from the finite element method (FEM), a strain gauge mounted tangentially on the outer surface of the specimen was used. It was also observed that by applying optimal autofrettage percentage, the maximum of VonMises stresses in specimens can be reduced by about 27%. Although in the nonautofrettaged specimens, the maximum stresses occur in the inner wall of the specimen, but by applying the autofrettage process, in addition to reducing the maximum amount of these stresses, the maximum amount can be transferred to the outer wall, which it is very important because the majority of fatigue cracks are formed in the inner wall of specimens.