تحلیل عددی تغییر شکل تیرهای نورد شده در معرض صاف‌کاری حرارتی

ترمیم سازه‌های فولادی به روش صا‌ف‌کاری حرارتی قدمت طولانی دارد اما مطالعاتی در این زمینه در داخل کشور گزارش نشده است. ماهیت فیزیکی این فرآیند، حرارتی مکانیکی است و اکثر مطالعات صورت ‌‌گرفته نیز شامل بررسی تجربی اعوجاج‌ها و تغییر شکل‌های مکانیکی سازه‌ها و ترمیم به کمک ابزارهای تسریع کننده مانند جک‌‌های هیدرولیک بوده است. در این تحقیق، به تحلیل حرارتی و سازه‌ای این فرآیند روی یک تیر فولادی با مقطع i شکل بدون اعمال بار خارجی پرداخته شد. مشعل اکسی استیلن به عنوان منبع حرارت، مد نظر بوده و از مدل شار حرارت نرمال گوسی برای مدل‌سازی شار حرارت ورودی از شعله به تیر استفاده شد. تحلیل انتقال حرارت گذرای سه بعدی و تغییر شکل‌های سازه‌ای به روش المان محدود در نرم ‌افزار ansys، انجام گرفت و نتایج حاصل از تغییر شکل‌های حرارتی بر اساس میزان دوران پلاستیک در تیر بررسی شدند. همچنین نقش متغیرهای موثری مانند شرایط تکیه‌گاهی، سرعت مشعل در نواحی مختلف گرمایش، ابعاد منطقه گرم‌کاری و مسیر حرکت مشعل روی بال فوقانی تیر مورد مطالعه قرار گرفتند. نتایج شبیه‌‌سازی‌های عددی انجام گرفته در مقایسه با داده‌های تجربی موجود، همخوانی کیفی معقولی داشتند و به واسطه عدم اعمال نیروی خارجی، سهم حرارت در میزان تغییر شکل نهایی تیر تبیین گردید.

Numerical analysis of rolled beam deformations subjected to heat straightening

Restoration of the steel structures by heat straightening process has a long history, but national studies in this field have not been reported yet. The physical nature of this process is thermo mechanical, and the most of conducted studies have included the empirical investigation of angular distortions and mechanical deformations of structures and the restoration with the help of accelerators such as hydraulic jacks. In the present study, the numerical heat transfer and structural analysis of the process were carried out on an Ishaped cross section steel beam without application of external load. Oxy acetylene torch was considered as the heat source, and the Gaussian normal distribution model was used to model the input heat flux from flame to the beam surface. Three dimensional transient heat transfer and thermo elastic plastic deformations were analysed by finite element method in ANSYSTM software, and the results of thermo elastic plastic deformations were evaluated based on the amount of plastic rotation in the beam. Also role of the effective parameters such as supporting conditions, torch speed in different heating zones, heating dimensions and the path of torch movement on upper wing of the beam were studied. The results of numerical simulations carried out were in reasonable agreement with existing empirical data and showed the contribution of thermal deformation in the final deformations of the beam due to the nonapplication of external force.