دانلود پایان نامه

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : عمران


گرایش :سازه


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



  دانشکده­ مهندسی


  گروه مهندسی عمران




پایان نامه کارشناسی ارشد سازه





تحلیل تنش­های پسماند ناشی از جوشکاری در صفحات


 دارای بازشو و سخت­کننده







استاد راهنما:


جناب آقای دکتر شهابیان





تابستان 1393


 


(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
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 بهره گرفتن 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.
واژه­های کلیدی: تنش­های پسماند جوشکاری، تحلیل حرارتی، تحلیل مکانیکی، صفحات، بازشو، سخت‌کننده.
 
فهرست مطالب
عنوان                                                                           صفحه



































































  فصل اول- مقدمه 1
1-1 پیش­گفتار 1  
1-2 مبانی جوشکاری 3  
1-2-1 تعریف جوش 3  
1-2-2 انواع اتصالات جوشی 3  
1-2-3 انواع جوش 4  
1-2-4 جوش شیاری 5  
1-3 جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود روکش­دار 6  
1-4 ساماندهی پایان نامه 7  
   
فصل دوم- تحلیل حرارتی و مکانیکی جوش
8  
2-1 پیش­گفتار 8  
2-2 تحلیل حرارتی 9  
2-2-1 منبع حرارتی 12  
2-2-1-1 بازده منبع حرارتی 12  

 



















































































2-2-1-2 شار حرارتی ناشی از قوس جوشکاری 13  
2-2-1-3 نرخ تولید گرما 17  
2-2-2 خواص ماده در تحلیل حرارتی 18  
2-2-3 تغییر فاز 18  
2-2-4 شرایط مرزی 21  
2-2-4-1 اتلاف حرارت جابجایی 21  
2-2-4-2 انتقال حرارت تشعشعی 22  
2-2-4-3 شار حرارتی 22  
2-2-5 نتایج تحلیل حرارتی 23  
2-3 تحلیل مکانیکی 24  
2-3-1 روش تحلیل ناخطی در روش اجزای محدود 25  
2-3-1-1 روش نیوتن- رافسون 26  
2-3-2 خواص ماده در تحلیل مکانیکی 28  
2-3-3 نتایج تحلیل مکانیکی 29  
2-4 تنش­های ناشی از جوشکاری         29  
     
  فصل سوم- تنش­های پسماند ناشی از جوشکاری (مبانی نظری و تاریخچه) 33
3-1 پیش­گفتار 33  
3-2 تنش­های پسماند طولی ناشی از جوشکاری 35  

 















































































3-3 تنش‌های پسماند عرضی ناشی از جوشکاری 40  
3-4 روش­های تعیین تنش­های پسماند ناشی از جوشکاری 44  
3-5 بررسی تاریخچه تأثیر توالی یک جوش بر تنش‌های پسماند ناشی از جوشکاری 49  
3-5-1 تاریخچه تحلیل حرارتی 51  
3-5-2 تاریخچه تحلیل مکانیکی 52  
3-5-3 نتایج به دست آمده از شبیه‌سازی 52  
3-5-4 مقایسه نتایج 54  
3-6 نتایج شبیه­سازی تنش پسماند ناشی از جوشکاری 56  
3-7 تأثیر جهت جوشکاری بر تنش پسماند در جوشکاری چند پاسه (یک شیاره) 59  
3-8 تنش­های پسماند ناشی از جوشکاری برای ورق ضخیم با شیار V شکل دو طرفه 61  
   
فصل چهارم- مدل­سازی فرآیند جوشکاری در ANSYS
70
  4-1 پیش­گفتار 70
  4-2 مشخصات مورد نیاز تحلیل 70
  4-2-1 هندسه قطعه­ کار 70
  4-2-2 خواص مواد 71
  4-2-3 مشخصات منبع حرارتی 72
  4-3 تحلیل حرارتی 72
  4-3-1 جزء حرارتی 73

 






























































4-3-2 روش تولد و مرگ اجزاء 75
4-3-3 نتایج تحلیل حرارتی 77
4-4 تحلیل مکانیکی 79
4-4-1 جزء مکانیکی 80
4-4-2 مدل­سازی تنش­های پسماند 80
4-4-2-1 اثرات شبکه­بندی بر نتایج تنش پسماند 81
4-4-2-2 تنش­های پسماند طولی 83
4-4-2-3 تنش­های پسماند جانبی 84
   
فصل پنجم- صفحات دارای بازشو 86
5-1 پیش­گفتار 86
5-2 مشخصات مورد نیاز تحلیل 86
5-2-1 هندسه قطعه کار 86
5-2-2 خواص مواد 87
5-3 تحلیل حرارتی 87
5-4 تحلیل مکانیکی 91
5-5 تأثیر ابعاد صفحه بر تنش­های پسماند 93
   
فصل ششم- صفحات دارای سخت­کننده 96

 

































































6-1 پیش­گفتار 96  
6-2 مشخصات مورد نیاز تحلیل 96  
6-2-1 هندسه قطعه کار 96
6-2-2 خواص مواد 97
6-3 تحلیل حرارتی 97
6-4 تحلیل مکانیکی 101
6-5 تأثیر ابعاد صفحه بر تنش­های پسماند 102
6-6 تأثیر ابعاد سخت­کننده­ها بر تنش­های پسماند 103
6-7 تأثیر فاصله سخت­کننده از محور جوش بر تنش­های پسماند 106
6-7-1 هندسه قطعه کار 106
6-8 صفحات دارای ترکیب بازشو و سخت­کننده 109
6-8-1 تحلیل حرارتی 110
6-8-2 تنش­های پسماند در صفحات دارای ترکیب بازشو و سخت­کننده 111
   
فصل هفتم نتیجه­گیری و پیشنهاد برای ادامه پژوهش 112
7-1 پیش­گفتار 112
7-2 نتایج 113
7-3 پیشنهاد برای ادامه پژوهش 114
مراجع 115

 
فهرست شکل­ها




















































شکل صفحه
شکل 1-1 نواحی تشکیل‌دهنده جوش 3
شکل 1-2 انواع اتصالات جوشکاری 4
شکل 1-3 انواع جوش مورد استفاده در اتصالات 5
شکل 1-4 انواع آماده­سازی لبه 5
شکل 1-5 جوش قوس الکتریکی با الکترود روکش­دار 6
شکل 2-1 پروفیل گوسی متحرک در حین جوشکاری 14
شکل 2-2 تغییر خواص فولاد نرمه معمولی نسبت به دما 18
شکل 2-3 نمودار آنتالپی– دما برای یک ماده آلیاژی 20
شکل 2-4 روش حل مرحله­ای – تکراری برای مسائل ناخطی 25
شکل 2-5 روش طول قوس برای حل مسائل با هندسه ناخطی 26
شکل 2-6 مراحل روش نیوتن- رافسون 28
شکل 2-7 تنش‌های پسماند ثبت ‌شده روی چند ذره فلزی 30
شکل 3-1 مثال­هایی از توزیع تنش‌های طولی ناشی از جوشکاری 36
شکل 3-2 منحنی خصوصیات انبساطی 37
شکل 3-3 نمایش سه­­ بعدی از توزیع تنش‌های پسماند طولی ناشی از جوشکاری 38
شکل 3-4 تأثیر طول نمونه جوشکاری 39

 










































































شکل 3-5 تنش­های پسماند عرضی ناشی از جوشکاری یک پاسه 42  
شکل 3-6 نمایش سه­ بعدی از توزیع تنش­های پسماند عرضی 43  
شکل 3-7 تنش­های پسماند عرضی در راستای عمق ضخامت 44  
شکل 3-8 مدل دو بعدی جریان انتقال حرارت 45  
شکل 3-9 هندسه قطعه کار و مدل سه بعدی قطعه کار در نرم­افزار 46  
شکل 3-10 اتصال سپری 46  
شکل 3-11 تغییرشکل جسم پس از جوشکاری 47  
شکل 3-12 سطح مقطع جوش و مدل‌سازی شده در نرم­افزار 47  
شکل 3-13 تاریخچه دمایی برای چند نقطه بر روی سطح داخلی 48  
شکل 3-14– الف توزیع تنش پسماند طولی در سطح داخلی 48  
شکل 3-14– ب توزیع تنش پسماند شعاعی در سطح داخلی 48  
شکل 3-15– الف توزیع تنش پسماند طولی در سطح بیرونی 49  
شکل 3-15– ب توزیع تنش پسماند شعاعی در سطح بیرونی 49  
شکل 3-16 طرح اتصال برای جوش محیطی در استوانه   50  
شکل 3-17 توالی جوشکاری برای حالت 1 (3 پاسه) و حالت 2 (8 پاسه) 50  
شکل 3-18 منحنی به کار رفته جهت حرارت ورودی (کل زمان = T) 51  
شکل 3-19 نمودار حرارت در برابر زمان برای حالت 1 52
شکل 3-20 نمودار حرارت در برابر زمان برای حالت 2 53
شکل 3-21 مقادیر تنش‌های پسماند برای هر دو حالت 1 و 2 53

 



































































شکل 3-22 نتایج تغییر شکل­های محوری برای هر دو حالت 1 و 2 54
شکل 3-23 نتایج به دست برای تغییرات حرارتی نسبت به زمان در فاصله 7/12 میلی­متر از خط نزدیکی جوش روی سطح داخلی لوله بعد از آخرین پاس (برای حالت 1) 55
شکل 3-24 نتایج به دست آمده توسط 6 سازمان برای تنش‌های عرضی در سرتاسر ضخامت روی خط مرکزی جوش بعد از آخرین پاس (برای حالت 1) 56  
شکل 3-25 جهت‌های جوشکاری 57  
شکل 3-26 توزیع تنش‌های معادل در مرکز جوش 58  
شکل 3-27 مش­بندی صفحه 60  
شکل 3-28 توزیع تنش‌های معادل در مقطع مرکزی جوش 60  
شکل 3-29 توزیع تنش‌های پسماند طولی در مقطع مرکزی جوش 60  
شکل 3-30 ابعاد نمونه شبیه‌سازی بر حسب میلی‌متر 62  
شکل 3-31 مش­بندی برای جوش v شکل دو طرفه 62  
شکل 3-32 تقسیم‌بندی لایه­ها 62  
شکل 3-33 توزیع تنش‌های معادل 63  
شکل 3-34 توزیع تنش‌های پسماند عرضی 63  
شکل 3-35 توزیع تنش‌های پسماند طولی 64  
شکل 3-36 توزیع تنش‌های معادل در سرتاسر ضخامت روی مقطع مرکزی جوش 64  
شکل 3-37 توزیع تنش‌های عرضی در سرتاسر ضخامت روی مقطع مرکزی جوش 65  
شکل 3-38 توزیع تنش‌های طولی در سرتاسر ضخامت روی مقطع مرکزی جوش 66  
این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   سمینار کارشناسی ارشد رشته مهندسی عمران : رفتار ستون های فولادی با بست موازی تحت اثر توام نیروی محوری

 


























































شکل 3-39 مقایسه نتایج آزمایشگاهی با شبیه­سازی (تنش‌های پسماند عرضی) 66
شکل 3-40 مقایسه نتایج آزمایشگاهی با شبیه­سازی (تنش‌های پسماند طولی) 67
شکل 3-41 مقایسه­ تنش‌های عرضی بین لایه­های هم­جهت و لایه­های معکوس 68
شکل 4-1 مشخصات قطعه کار مدل شده 71
شکل 4-2 مدل جزء محدود صفحه در نرم­افزار ANSYS 73
شکل 4-3 هندسه جزء SOLID90 74
شکل 4-4 توزیع دما و جهت جوشکاری 77
شکل 4-5 تاریخچه دمایی سه نقطه از مقطع میانی صفحه 78
شکل 4-6 دمای گره­های مدل در زمان 16 ثانیه 79
شکل 4-7 جزء  SOLID186 80
شکل 4-8 سه شبکه­بندی مورد تحلیل 82
شکل 4-9 توزیع تنش­ پسماند طولی در مقطع میانی صفحه 83
شکل 4-10 توزیع تنش پسماند طولی بر روی محور جوش 84
شکل 4-11 توزیع تنش­ پسماند جانبی در مقطع میانی صفحه 85
شکل 4-12 توزیع تنش پسماند جانبی بر روی محور جوش 85
شکل 5-1 مشخصات قطعه کار مدل شده 87
شکل 5-2 مدل اجزاء محدود صفحه و توالی جوشکاری 88
شکل 5-3 توزیع دما و جهت جوشکاری 88
شکل 5-4 تاریخچه دمایی چهار نقطه در مقطع ابتدایی صفحه 89

 


























































شکل 5-5 تاریخچه دمایی چهار نقطه در مقطع میانی صفحه 89
شکل 5-6 تاریخچه دمایی چهار نقطه در مقطع انتهایی صفحه 89
شکل 5-7 تاریخچه دمایی 5 نقطه روی محور جوش در مقاطع مختلف صفحه 90
شکل 5-8 دمای گره­های مدل در زمان 125 ثانیه 91
شکل 5-9 توزیع تنش پسماند جانبی در راستای X 92
شکل 5-10 توزیع تنش پسماند جانبی در راستای Y 92
شکل 5-11 توزیع تنش پسماند طولی در راستای Z 93
شکل 5-12 توزیع تنش پسماند فون مایزز در صفحه 94
شکل 5-13 توزیع تنش طولی در چند مقطع میانی از صفحه 94
شکل 6-1 مشخصات قطعه کار 97
شکل 6-2 مدل اجزای محدود صفحه دارای سخت­کننده 98
شکل 6-3 نحوه توزیع دمای ناشی از جوشکاری در صفحه دارای سخت­کننده 98
شکل 6-4 تاریخچه دمایی در مقطعmm  Y=0 صفحه با سخت­کننده 99
شکل 6-5 تاریخچه دمایی در مقطعmm  Y=200 صفحه با سخت­کننده 99
شکل 6-6 تاریخچه دمایی در مقطع Y=400 mm صفحه با سخت­کننده 99
شکل 6-7 تاریخچه دمایی 5 نقطه روی محور جوش در مقاطع مختلف صفحه 100
شکل 6-8 گرادیان حرارتی در مقطعY=200 mm  بر حسب فاصله از محور جوش 101
شکل 6-9 سه مقطع مورد تحلیل در صفحه 102
شکل 6-10 تنش پسماند در مقطع Y=200 mm صفحه در جهت Y 102

 


































شکل 6-11 توزیع تنش طولی در دو مقطع میانی از صفحه با سخت­کننده با نسبت عرض به ضخامت 5/7 104
شکل 6-12 توزیع تنش طولی در دو مقطع میانی از صفحه با سخت­کننده با نسبت عرض به ضخامت 10 104
شکل 6-13 توزیع تنش طولی در دو مقطع میانی از صفحه با سخت­کننده با نسبت عرض به ضخامت 5/12 104
شکل 6-14 مقایسه تنش­های پسماند صفحه با سخت­کننده با نسبت عرض به ضخامت 5/12
در دو راستای X و Y در Y=200 mm
105
شکل 6-15 مشخصات قطعه کار 106
شکل 6-16 مدل اجزای محدود صفحه دارای سخت­کننده با فواصل مختلف از محور جوش 107
شکل 6-17 نحوه توزیع دمای ناشی از جوشکاری در صفحه دارای سخت­کننده با فواصل مختلف از محور جوش 108
شکل 6-18 توزیع تنش طولی در دو مقطع میانی از صفحه با سخت­کننده با فواصل مختلف 109
شکل 6-19 مدل اجزای محدود صفحات دارای ترکیب بازشو و سخت­کننده 110
شکل 6-20 نحوه توزیع دمای ناشی از جوشکاری در صفحه دارای سخت­کننده و بازشوی مربعی 110
شکل 6-21 توزیع تنش طولی در دو مقطع میانی از صفحه با سخت­کننده با نسبت عرض به ضخامت 5/7 و بازشو دایروی و مربعی با نسبت سطح بازشو به سطح کل 1/0 111

 
 
فهرست جدول­ها
 































جدول صفحه
جدول 3-1 حرارت ورودی برای حالت 1 50
جدول 3-2 حرارت ورودی برای حالت 2   51
جدول 3-3 حداکثر تنش‌های پسماند برای جهت‌های مختلف جوشکاری چند لایه 58
جدول 3-4 حداکثر تنش‌های پسماند برای جهت‌های مختلف جوشکاری چند پاسه 61
جدول 3-5 حداکثر تنش‌های پسماند برای توالی‌های مختلف 67
جدول 4-1 مشخصات مواد مورد نیاز در تحلیل حرارتی 71
جدول 4-2 مشخصات مواد مورد نیاز در تحلیل مکانیکی 72
جدول 4-3 مشخصات منبع جوشکاری 72
جدول 4-4 نتایج بیشینه و کمینه تنش­پسماند در شبکه­بندی­های شکل (4-8) و مرجع [24] 82

 
 
 
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 عملیات جوشکاری، بعد از مرحله سرد شدن جسم، تنش‌هایی در آن باقی می‌ماند که به آن‌ها تنش‌های پسماند می‌گویند. این تنش‌ها و همچنین تغییر شکل‌های ناخواسته ناشی از جوشکاری، مهم‌ترین عواملی هستند که باعث ضعیف شدن اتصالات جوش و ناکارایی آن‌ها در تحمل طولانی مدت بارها، شده‌اند. از این رو، مهندسین علاقمند به دانش کاملی از توزیع تنش‌های پسماند در سرتاسر جوش، روش‌های تغییر دادن آن و نیز انتخاب روند جوشکاری مناسب که بتواند تنش‌های پسماند را به حداقل ممکن کاهش دهد، هستند ]1[.
روش‌های تجربی اندازه‌گیری تنش‌های پسماند جوشکاری علاوه بر گران‌قیمت بودن در بعضی از موارد مستلزم عملیات سوراخ‌کاری و یا مقطع زنی در قطعه جوش داده‌شده بوده و فقط مقدار تنش را در سوراخ‌های ایجادشده و یا در بلوک‌های جداشده به دست می‌دهند. پیشرفت روش‌های تجربی نا­مخرب اگرچه توانست تا حدودی این کاستی‌ها را جبران کند، ولی نمی‌تواند جوابگوی تمامی مشکلات باشد. به همین دلیل نیاز بیش­تری 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.
1 Residual
(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)
تعداد صفحه :  149
قیمت : 14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد


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.


***  *** ***

]]>

دانلود پایان نامه