متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : مهندسی عمران

گرایش : سازه

عنوان : تحلیل تنش­ های پسماند ناشی از جوشکاری در صفحات دارای بازشو و سخت­ کننده

دانشگاه فردوسی مشهد

دانشکده­ مهندسی

گروه مهندسی عمران

پایان­نامه کارشناسی ارشد سازه

عنوان:

تحلیل تنش­های پسماند ناشی از جوشکاری در صفحات دارای بازشو و سخت­ کننده

استاد راهنما:

جناب آقای دکتر شهابیان

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده:

در فرآیند جوشکاری بعد از مرحله­ی سرد شدن جسم، به علت توزیع ناهمسان دما، تنش­هایی در آن باقی می­ماند که تنش‌های پسماند نامیده می­شود. برای به دست آوردن این تنش­ها باید تاریخچه دمایی جسم در طی فرآیند جوشکاری در دسترس باشد. برای این منظور ابتدا یک تحلیل حرارتی صورت می­گیرد تا تاریخچه دمایی جسم به دست آید. با داشتن تاریخچه دمایی و انجام تحلیل مکانیکی، تنش­ها و تغییرشکل‎های پسماند به دست می­آید.

در این پژوهش، با استفاده از روش اجزای محدود ناخطی در نرم­افزار ANSYS، تحلیل حرارتی و مکانیکی جوش برای صفحات دارای بازشو و سخت­کننده انجام‌گرفته و تنش­های پسماند به دست آمده است. نتایج حاصل نشان می­دهد که در اثر وجود بازشو و سخت­کننده در صفحات، مقدار تنش­های پسماند ناشی از جوشکاری ممکن است به میزان 30 درصد تغییر یابد. بررسی اثر فاصله سخت­کننده ­از محور جوش نشان می­دهد که با افزایش این فاصله تا 6 برابر ضخامت صفحه، تنش­های پسماند کاهش می­یابد و از این فاصله به بعد، سخت­کننده تأثیر چندانی در کاهش تنش‌های پسماند ندارد. با توجه به نتایج حاصل مشاهده می­شود که با انتخاب سخت‌کننده با مساحت سطح مقطع یکسان ولی با ضخامت بیشتر تا حدود 20 درصد از مقدار تنش­های پسماند کاسته می­شود. بررسی تنش­های پسماند در صفحات دارای بازشو و سخت­کننده با ابعاد مختلف نشان می­دهد که نسبت ابعاد صفحات تأثیری در مقدار و محل بیشینه تنش­های پسماند ندارد.

فصل اول: مقدمه

1-1- پیشگفتار

برای اتصال دو قطعه، روش­های مختلفی وجود دارد. مهم‌ترین این روش­ها استفاده از جوش، پیچ و پرچ است. در این میان استفاده از جوش در ساختمان­سازی بسیار رایج است. قدمت استفاده از جوش در ساخت اسکلت­­های فولادی شاید به 100 سال برسد. طی این سال­ها، پیشرفت­های قابل‌توجهی در شناخت جوش و توسعه فن­آوری مربوط به آن صورت گرفته است.

مهم‌ترین دلایل استفاده از جوش را می‌توان به طور خلاصه به صورت زیر بیان نمود:

1- برای اتصال دو قطعه به هم محدودیتی در ضخامت وجود ندارد.

2- سرعت بالای تولید.

3- استحکام بالا (ساختار یکپارچه).

4- اقتصادی بودن اتصال.

5- انعطاف­پذیری در طراحی جوش (تنوع فرآیندهای جوشکاری و قابلیت انجام شدن دستی یا خودکار).

اما با در نظر گرفتن این مزایا فرآیند جوشکاری دارای معایب زیر است:

1- اتصال دایمی بوده و امکان جداسازی قطعات وجود ندارد.

2- نیاز به بازرسی.

3- نیاز به مهارت در روش­های دستی و تجهیزات گران­قیمت در روش­های خودکار.

اما مهم‌ترین عیب در یک قطعه جوشکاری شده، تولید تنش و تغییر شکل پسماند[1] در قطعه است. در عمليات جوشكاري، بعد از مرحله سرد شدن جسم، تنش‌هایی در آن باقي می‌ماند كه به آن‌ها تنش‌های پسماند می‌گویند. اين تنش‌ها و همچنين تغيير شکل‌های ناخواسته ناشي از جوشكاري، مهم‌ترین عواملی هستند كه باعث ضعيف شدن اتصالات جوش و ناكارايي آن‌ها در تحمل طولاني مدت بارها، شده‌اند. از این رو، مهندسین علاقمند به دانش كاملي از توزيع تنش‌های پسماند در سرتاسر جوش، روش‌های تغيير دادن آن و نيز انتخاب روند جوشكاري مناسب كه بتواند تنش‌های پسماند را به حداقل ممكن كاهش دهد، هستند ]1[.

روش‌های تجربي اندازه‌گیری تنش‌های پسماند جوشكاري علاوه بر گران‌قیمت بودن در بعضي از موارد مستلزم عمليات سوراخ‌کاری و يا مقطع زني در قطعه جوش داده‌شده بوده و فقط مقدار تنش را در سوراخ‌های ایجادشده و يا در بلوک‌های جداشده به دست می‌دهند. پيشرفت روش‌های تجربي نا­مخرب اگرچه توانست تا حدودي اين کاستی‌ها را جبران كند، ولي نمی‌تواند جوابگوي تمامي مشكلات باشد. به همین دليل نياز بيش­تري به روش‌های تحلیلی احساس می‌شود.

با وجود این معضلات، جوشکاری هنوز به عنوان بهترین روش اتصال قطعات مورد استفاده قرار می‎گیرد. از همین ­رو، در زمینه رفتار جوش در موارد گوناگون مطالعه شده و استانداردهای مناسبی ارائه گردیده است و از این استانداردها به طور جدی در طراحی و اجرای اتصالات جوش استفاده می­شود و می‌توان از مشکلات به وجود آمده در قطعات جوشکاری شده پیشگیری نمود.

2-1- مبانی جوشکاری

1-2-1- تعریف جوش

بر اساس استاندارد ANSI/AWS A3.0-89 که مشتمل بر تعریف­ها و عبارت­های استاندارد جوشکاری است، جوشکاری عبارت است از یک فرآیند اتصال­دهی که یک ماده یکپارچه را به وسیله حرارت­دهی تا دمای جوش، با اعمال فشار و یا بدون آن و با استفاده از ماده پرکننده و یا بدون استفاده از آن، تولید می­کند.

یک قطعه جوشکاری شده شامل 3 ناحیه فلز پایه، فلز جوش و ناحیه متأثر از حرارت بوده که در شکل 1-1 نشان داده شده است.

2-2-1- انواع اتصالات جوشی

در شکل 1-2 انواع اتصالات جوشی نشان داده شده است. این اتصالات عبارتند از:

الف– اتصال لب به لب.

ب– اتصال پوششی (روی‌هم).

پ– اتصال گوشه.

ت– اتصال سپری.

ث– اتصال پیشانی.

3-2-1- انواع جوش

انواع اتصالات را می‌توان به روش‌های متفاوتی جوشکاری نمود. در شکل 1-3 انواع جوش نشان داده شده است که عبارت‌اند از:

الف– جوش شیاری [1].

ب– جوش گوشه[2].

پ–  جوش کام.

ث–  جوش انگشتانه.

 دو نوع جوش شیاری از نوع لب­به­لب[3] و جوش گوشه پر کاربردترین جوش­ها می­باشند. کاربرد جوش کام و انگشتانه به موارد خاص محدود می­شود.

4-2-1- جوش شیاری

 برای اتصال دو لبه به صورت لب­به­لب از جوش شیاری استفاده می­شود. در صفحات نازک (ضخامت کمتر از 3 میلی‌متر) احتیاجی به آماده­سازی لبه­ها نیست؛ اما در صفحات ضخیم برای نفوذ کامل جوش احتیاج به آماده­سازی لبه­های قطعه کار است. جوش شیاری می­تواند به دو صورت یک طرفه و دو طرفه انجام شود. در شکل 1-4 انواع آماده­سازی لبه نشان داده شده است.

3-1- جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود روکش‌دار

در این روش گرمای مورد نیاز برای جوشکاری از قوس الکتریکی به وجود آمده بین الکترود و قطعه کار حاصل می­شود. نوک الکترود، حوضچه­ی جوش مذاب، قوس و موضع جوش بر روی قطعه کار توسط گاز محافظ حاصل از تجزیه و احتراق پوشش الکترود محافظت می­شود؛ اما محافظت حاصل از این گاز، نسبت به روش‌های GTAW و GMAW به خاطر عدم جریان مناسب گاز محافظ، کامل نبوده و محافظت اضافی از حوضچه­ی مذاب توسط سرباره­ی مذاب انجام می­شود.

تجهیزات مورد استفاده در این روش منبع تغذیه، انبر جوشکاری، کابل­های اتصال و الکترود است. الکترود­های مورد استفاده در این روش دارای ترکیب­های شیمیایی بسیار متفاوت از مغزه­ی فولادی و هم­چنین انواع بسیار متنوعی از نظر وزن و جنس روکش می­باشند. ضخامت قطعه، وضعیت جوشکاری و نوع اتصال، تعیین‌کننده قطر الکترود می­باشند. فرم کلی نام­گذاری الکترودها به صورت EXX(X)XX است. حرف E نشان‌دهنده‌ی الکترود است، دو (یا سه) رقم اول نشان‌دهنده‌ی حداقل استحکام کششی فلز جوش بر حسب ksi (کیلوپوند بر اینچ­مربع)، رقم بعدی نشان‌دهنده‌ی وضعیت جوشکاری است، رقم 1 مناسب برای جوشکاری در تمام وضعیت­ها، 2 برای جوشکاری در وضعیت­های تخت و افقی و 4 برای کلیه حالت­ها به جز عمودی سر بالا است. رقم آخر به جنس پوشش و قابلیت به‌کارگیری آن بستگی دارد، هم­چنین نوع جریان قابل‌استفاده را مشخص می­کند. تجهیزات مورد استفاده در این روش در شکل 1-5 نشان داده شده است ]2[.

4-1- ساماندهی پایان نامه

در این پایان­نامه به فرآیند جوشکاری، تنش‌های پسماند ناشی از جوشکاری و بررسی اثر تنش­های پسماند در صفحات دارای بازشو و سخت­کننده پرداخته می­شود. فصل اول به معرفی جوش، اتصالات جوشی و روش‎های جوشکاری اختصاص دارد. در فصل دوم، نحوه استخراج معادلات حاکم بر رفتار حرارتی و مکانیکی جوش و علل شکل­گیری تنش‌ها و تغییرشکل­های پسماند در فرآیند جوشکاری تشریح می­گردد. در فصل سوم، پیشینه تحقیق در مورد جوشکاری، تنش­ها و تغییرشکل­های پسماند ناشی از آن مورد بررسی قرار می­گیرد. در فصل چهارم، چگونگی مدل­سازی فرآیند جوشکاری، راستی­آزمایی و نحوه استخراج تنش‌های پسماند با استفاده از نرم­افزار ANSYS شرح داده می­شود. در فصل پنجم، ابتدا به تنش­های پسماند ناشی از جوشکاری در صفحات دارای بازشو پرداخته می­شود و در ادامه، اثر تنش­های پسماند بر رفتار این صفحات مورد تحلیل و بررسی قرار می­گیرد. در فصل ششم به تنش­های پسماند ناشی از جوشکاری در صفحات دارای سخت­کننده پرداخته می­شود. در فصل هفتم، نتیجه­گیری و پیشنهاد برای پژوهش­های آینده آورده می­شود.

فصل دوم: تحليل حرارتي و مكانيكي جوش

1-2- پیشگفتار

براي مدل‌سازی يك جوش دو روش وجود دارد. اولين روش، كوپل مستقيم است كه در آن براي مدل كردن جوش از یک جزء که توانايي تحليل حرارتي و مكانيكي را به صورت توأم دارد، استفاده‌ می­شود. روش دوم روش غير كوپل است که در آن دو تحليل جداگانه صورت می‌پذیرد. ابتدا يك مدل حرارتي ایجاد شده و يك تحليل انتقال حرارت انجام می‌شود. چون گرمايش در فرآيند جوشكاري موقتي است و محل و مقدار اين گرما با توجه به زمان تغيير می‌کند، لذا اين تحليل حرارتي بايد يك تحليل گذرا باشد و چون مقادير داده‌های مسئله با توجه به تغييرات حرارتي در قطعه تغيير می‌کنند، لذا تحليل حرارتي مذكور يك تحليل ناخطي است. از اين تحليل، تاريخچه دمايي تعيين می‌گردد. مدل دوم كه از نتايج تاريخچه دمايي به دست آمده از تحليل اول به عنوان بار حرارتي استفاده می‌کند، يك تحليل مكانيكي است كه تنش‌های پسماند و تغييرشکل‌های ناشي از جوش را به دست می‌دهد.

در اين فصل به مباني تحليل حرارتي و مکانیکی پرداخته می‌شود.

2 Groove weld

3 Fillet weld

4 Butt weld

1 Residual

تعداد صفحه : 150

قیمت : 17300تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        ———- ****       [email protected]

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

*********  ********* *********

دسته بندی : عمران