b توان استحکام خستگي محوري ٠b توان استحکام خستگي برشيc توان شکلپذيري خستگي محوري 0c توان شکلپذيري خستگي برشيE مدول الاستيسيته
1F پارامتر خستگي سايشي اول
2F پارامتر خستگي سايشي دوم
G مدول برشي Nf عمر خستگيp فشار تماس
علائم يوناني
f׳γ ثابت شکلپذيري خستگي برشي δ سطح دو نسبي بين حرکت دامنه Δγ بازه کرنش برشي
Δγmax مقدار بيشينه تغييرات کرنش برشي
١- مقدمه
در محورهاي انطباق فشاري همانند محورهاي قطار، با توجه به ماهيت تناوبي تنش ها و ايجاد لغزش نسبي بين چرخ و محـور،امکان وقوع خستگي سايشي وجود دارد. شکل (١) نمونـه اي از شکست محور قطار در نتيجه خستگي سايشي را نشان مي دهـد [١]. زماني که خستگي سايشي در محور انطباق فشـار ي ايجـادشود، مقاومت خستگي محور به طـور قابـل ملاحظـه اي کـاهشمي يابد [٢]. با توجه به اينکه شکست ناشي از خسـتگ ي سـايش به طور ناگهاني اتفاق مي افتد و بـا در نظـر داشـتن اينکـه امکـانتشخيص ايجاد ترک و رشد آن در اثر پديده خسـتگ ي ساي شـي به علت مخفي بودن ترک ها در زير سطح تماس دشوار است، لذا انجام مطالعات در اين زمينه بسيار ضروري به نظر مي رسد. براي روشن کردن خصوصيات خستگي سايشي در محورهاي قطـار،هولگر با انجام آزمايش هـاي مختلـف بـر روي محورهـا عوامـلمختلفي که برروي مقاومت خستگي محورهاي انطبـاق فشـاري تاثير دارند، را ارائه نمود [٣]. از جمله اين عوامـل مـي تـوان بـه
Δε دامنه کرنش
Δεn بازه کرنش عمودي روي صفحه بحراني Δεn max دامنه بيشترين کرنش عمودي روي صفحه بحراني
Δσn بازه تنش عمودي روي صفحه بحراني
Δτ بازه تنش برشي
Δτmax بازه تنش برشي بيشينه
ε کرنش
f׳ε ضريب شکلپذيري خستگي μ ضريب اصطکاک ν ضريب پواسونσ تنش
f׳σ ضريب استحکام خستگي
σn max تنش محوري بيشينه روي صفحه بحراني f׳τ ضريب استحکام خستگي برشي

فشار انطباق، شکل و هندسه انطباق و تنش هاي پسـماند اشـارهکرد.
نيشيوکا و همکاران روش هاي مختلف افـزايش مقاومـتخستگي انطبـاق چـرخ و محـور را بررسـي نمودنـد [٤]. در سال هاي اخير با توجه به نتايج به دست آمده [٥ و ۶] مبني بر اينکه ترک هاي ناشي از خسـتگي سايشـي در مراحـل اوليـه عمر بارگذاري ايجاد مي شوند، روش هاي تحليلـي مبتنـي بـرمکانيــک شکســت بــراي ارزيــابي مقاومــت خســتگي محورهاي انطباق فشاري ارائه شدند [٧]. اين در حالي اسـتکه هيلز و همکاران، و همچنين زولوي نسـکي و همکـاران در مطالعات جداگانه اي به اين نتيجه رسيدند که بيشتر عمر ماده صرف ايجاد ترک هاي ناشـي از خسـتگ ي ساي شـي مـي شـود [٨ و ٩].
کوبوتا و همکاران بـه توضـيح و بررسـ ي تـاثير تـنش هـاي پايين تر از حـد دوام در رفتـار شـروع تـرک ناشـي از خسـتگ ي سايشي در محورهاي انطباق فشاري پرداخت و مشاهده کرد که

شکل 1- نمونه اي از شکست محور قطار در نتیجه خستگی سایشی [1]

ترکهاي ناشي از خستگي ساي شـي، در بارهـا يي کمتـر از حـددوام خستگي سايشي نيز ايجاد شـدند [١٠]. در تحقي قـي ديگـرماديا و همکاران به بررسي اثرات تنش هاي خمشـي نوسـاني و قطعات نصب شده روي محور بر عوامل شـدت تـنش و رشـد ترک برروي محور پرداخت. [١١] در نتيجه اين تحقيق مشخص گرديد که اثرات تـنش هـاي خمشـي نوسـاني بيشـتر در ناح يـه قطعات نصب شده تحت فشار روي محور، بحراني و خطرنـاکاست. بعدها در سال ٢٠٠٩ ميلادي، لانو و همکـاران بـه آنـاليز المان محدود و روش مدل سازي سـطوح تماسـي در انطباقـاتتداخلي براي محاسبة مقاومت خستگي ساي شـي پرداختنـد و ازالگوري تمهاي مختلف موجود براي سـطح تمـاس جهـت انجـاممحاسبات دق يقتر با همگرايي نتايج خوب استفاده کردنـد [١٢]. آلفردسون ميلادي طي مقاله اي به انجام آزمايش ها و مدل سـازي خستگي سايشي در يـک پـين جـازني شـده بـهروش انطبـاق ي١ پرداخت و مشاهده نمـود کـه پـارامتر دوم خسـتگي ساي شـي و معيار خستگي چند محوره فيندلي، خستگي در پين را با وجـودکمتر بودن دامنه تنش از حد دوام خسـتگي پـي شبي نـي نمودنـد [١٣].
ژنگ و همکاران به بررسي رفتـار سا ي شـي فـولاد محـورپرداخته و نوع واماندگي ساي شـي را در رژ يـم هـاي مختلـفسايش بررسي نمودند [١٤]. پنگ و همکاران نيز محل شروع ترک ناشي از خستگي سايشي را در محورهاي قطار بـه روش عددي محاسـبه کـرده و بـه مقايسـه آن بـا نتـايج حاصـل ازتست هاي آزمايشگاهي پرداختنـد [١٥]. سـونگ بـه بررسـي آسيب ناشي از خستگي سايشي در محـور قطـار پرداختـه ونشان داد در سرعتهاي بالاتر ميزان اين آسيب بيشـتر اسـت [۶١].
بـا ايـن حـال مسـائل مربـوط بـه خسـتگي سايشـي در محورهاي پرس شده به طور کامل حل نشده اسـت و مطالعـهبر روي مکانيزم خستگي سايشي در اين محورها براي بهبـودمقاوت خستگي ضـروري اسـت . ي کـي از روش هـاي بهبـودمقاومت خستگي سايشي ايجاد فيلت بـرروي محـور تحـت خمش است که م يتواند با تغيير در تنش هاي سطح تمـاس وايجاد تمرکز تنش برروي محور ناحيه شکست قطعه را تغيير داده و مقاومت خستگي را تحت تاثير قرار دهد. لذا در مقاله حاضر به بررسي عددي تاثير ايجاد فيلـت بـر روي محـور در مقاومت خستگي سايشي آن پرداخته شده و نتايج حاصـل ازمدل سازي عددي با نتايج حاصل از تست هـاي آزماي شـگاهي موجود در ادبيات فن مقايسه م يگردند.

٢- معيارهاي محاسبه استحکام خستگي سايشي
در اين بخش به معرفي برخي از معيارهاي به کـار رفتـه بـراي محاسبه استحکام خستگي سايشي پرداخته مي شود. با توجه به اين که انطباق چرخ و توپي در بسـ ياري از قسـمت هـا تحـت بارگذاري چند محوري است مي توان براي بررسـي اسـتحکامخستگي سايشي در اين نوع انطبـاق از معي ارهـاي مربـوط بـهخستگي چنـد محـوره اسـتفاده نمـود. معي ارهـايي کـه بـراي خستگي چند محوري ارائه شدهاند سعي دارنـد تـا بارگـذاري چند محوري را با بارگذاري تک محوره معادلسازي کنند. اين معيارها توانايي تخمين محل و عمر شـروع تـرک خسـتگي را دارا هستند. معموًلًا معيارهاي خستگي چند محـوره در چهـار گروه شامل: معيارهاي مبتني بر تنش، کرنش، انرژي و مکانيک شکست تقسيم بندي مي شـوند . بـا توجـه بـه گسـتردگي ايـ ن معيارها، در اين مقاله از معيارهاي مبتني بـر کـرنش و انـرژي استفاده شده است. علاوه بر معيارهاي مربوط به خستگي چند محوره مـ يتـوان از مع ي ارهـاي مخصـوص خسـتگي ساي شـي به منظور تعيين استحکام خسـتگ ي ساي شـي اسـتفاده نمـود. در ادامه به معرفي معيارهاي مورد استفاده در اين مطالعه پرداختـهمي شود.

٢-١- معيار کنديل براون، ميلر
براون و ميلر [١٧] روشي را ارائه کردند که بر اساس ماه يـت فيريکي رشد ترک استوار بود. سپس آن دو به همـراه کنـديل [١٨] معياري را که به معيار کنديل براون، ميلر معروف اسـت ارائه کردند. اين معيار بر پايه مقدار بي شـينه تغ ييـرات کـرنش برشي در ترکيب با تغ ييـرات کـرنش محـوري در صـفحه اي است که مقدار بي شـينه تغ ييـرات کـرنش برشـي در آن اتفـاق مي افتد:

96850285050

93726-8928

 S n  Ef 2Nf b f 2Nf c (١)

در اين رابطه max بازه تغييرات کرنش برشي بيشينه و S ضريبي است که وابسته به جنس قطعه است که در عمرهـا نزديک به حد دوام اين ضريب براي مـواد نـرم ٣/٠ در نظـر گرفته مي شود. همچنين n دامنه بيشترين کرنش عمـودي در صفحه اي است که max در آن صفحه اتفـاق مـي افتـد . مقـادير max و n توسـط روابـط (٢) و (٣) بـه دسـت ميآيند. مقدار اين پارامترها در تمـام ي گـره هـاي موجـود درمناطق بحراني احتمالي محور محاسبه شده و مکان مربوط به مقدار بيشينه قسمت اول معادله به عنوان نقطه بحراني محـوراز نظر مقاومت خستگي در نظر گرفته مي شود. در ايـ ن معيـ ار طرف دوم معادله نيز همان معادله مانسون- کافين٢ است کـه براي تخمـين عمـر خسـتگي بـه کـار مـيرود کـه در معادلـهمانسون- کافينf و f و c و b ثوابت خستگي ماده بـودهو E مدول الاستيسي ته است.
13716083897

2max  1 2 3 1 1 2 3 2 (٢)
2 n  1 2 3 1 1 2 3  در اين روابط 1 و 3 به ترتيـ ب کـرنش هـاي اصـلي کمينـه وبيشينه بوده و 1 و 2 نشان دهنده حدود بارگـذار ي سـيکليک هستند [١٩].

٢-٢- معيار فاطمي، سوشي٣
پارامتر شکست برشي مشابه پارامتر کنديل بـراون، ميلـر توسـطفاطمي و سوشي معرفي شده است [٢٠]. در اين پارامتر بي شـينه تنش نرمال بر روي صفحه بحراني بهجاي کرنش نرمال در معيار کنديل براون، مي لر به کار گرفته م يشود. در نتيجه تاثيرات سخت شوندگي و تنش متوسط از طريق تنش نرمـال در رابطـه درنظـرگرفته مي شوند.
12496870381

2max 1 K nmaxy   Gf 2Nf b0  f 2Nf c0 بازه تغييرات کرنش برشي بيشي نه است max در اين رابطه
که توسط رابطه (٣) محاسبه مي شود و nmax مقدار بي شـينه تنش عمودي موجود در صفحه بحرانـي، K ضـريبي تجربـي وابسته به ماده و y مقدار تنش تسليم ماده مورد نظر است. همچنين G مدول برشي، f ثابت استحکام خستگي برشـي، f ثابت شکل پـذيري خسـتگي برشـي، ٠b و ٠c بـه ترت يـب توان هاي استحکام خستگي برشي و شـکل پـذيري خسـتگي برشي هستند.

٢-٣- معيار اسميت، واتسون تاپر
اسميت، واتسون و تاپر [٢١] پارامتر تجربي تخريبـي را معرفـي کرده اند که بر پايـه حاصـل ضـرب بيشـترين تـنش عمـودي در صفحه بحراني و دامنه بيشترين کـرنش عمـودي روي صـفحه بحراني هستند. آنها به کمک اين پارامتر، معيار اسميت، واتسون تاپر را پيشنهاد کرده انـد . در ايـن مقالـه مقـدار حاصـل ضـرببيشترين تنش عمودي و دامنه بيشـترين کـرنش عمـودي روي نيروي فشار و دامنه جابجايي

شکل 2- عوامل موثر در پارامترهاي خستگی سایشی

صـفحه بحرانـي در گـره هـاي مختلـف موجـود در مجـاورت مکان هاي بحراني محور محاسبه شده و گره مربـوط بـه مقـداربيشينه حاصل ضرب به عنوان محل بحراني محور انتخاب شـدهاست:
190500090110

nmax nmax   ff Nf c b  Ef2 Nf 2b (٥)
222
در اين رابطه nmax مقدار بيشينه تـنش عمـودي موجـود در صفحه بحراني و nmax دامنه بيشترين کرنش عمـودي روي صفحه بحراني هستند.

٢-٤- معيار گلينکا٤
گلينکا و همکاران [٢٢] با اسـتفاده از مجمـوع چگـالي انـرژي الاستيک و پلاستيک در صفحه بحراني پارامتر خستگي ديگري را در نظر گرفته و معيار زير را ارائه کرده اند:
9296489860

191490689860

(6)  2  2  2n  2n  2Ef2 2Nf 2b  E2f 2Nf b c در اين رابطـهn ،  ،  وn بـه ترتيـب بـازه کـرنشبرشي، بازه تـنش برشـي، بـازه کـرنش عمـودي و بـازه تـنش عمودي هستند. مقدار هريـک از ايـن پارامترهـا در گـره هـايمجاور نقاط بحراني محور توسـط روابـط (٢)، (٣)، (٧) و (٨) از روي تنش ها و کرنش هاي اصلي به دست آمده توسـط روشالمان محدود محاسبه شده اند. بيشترين مقدار سمت چپ رابطه (6) به عنوان گره بحراني محور در نظر گرفته شده است:
max  1 2 3 1 1 2 3 2 (٧)
2 n  1 2 3 1 1 2 3  در اين روابط 1 و 3 به ترتيب تنش هاي اصـلي کمينـه وبيشينه بوده و 1 و 2 نشان دهنده حدود بارگذاري سـيکليکهستند [١٩].

٢-٥- پارامترهاي خستگي سايشي
يکي از معتبرترين روابـط پيشـنهادي بـراي محاسـبه اسـتحکامخستگي سايشي ماده توسط رويز و همکاران ارائـه شـد [٢٣ و ٢٤]. آنهـا بـراي تعيـين اسـتحکا م خسـتگي سايشـي مـاده، دوپارامتر زير را معرفي نمودند:
F1 ..p.
F2 . . (١٠)
در اين روابط τ بيشترين تنش برشي در محـل تمـاس در حـينيک سيکل بارگذاري، δ دامنه حرکت نسبي بـين دو سـطح و σ تنش عمودي موازي با سطح تماس است. شکل (٢) هر يک از عوامل موثر در پارامترهاي خستگي سايشي را نشـان مـي دهـد . پارامتر اول به نام پارامتر خستگي سايشي اول معروف است که نشان دهنده کار انجام شده توسط نيـروي اصـطکاک در واحـد سطح است. آزمايش هاي تجربي نشان مي دهنـد در مـواقعي کـهپارامتر 1 F بيشترين مقدار را داشته باشد، بيشترين ميـزان عمـقسايش مشاهده مـي شـود همچنـين تسـتهـاي تجربـي نشـان مي دهند که در بعضي از سطوح تماس فشار بسيار زيـاد اسـت تا حدي که باعث چسبيدن دو قطعـه بهـم مـي شـود و در ايـن نواحي با وجود بالا بودن تنش هـاي تماسـي خسـتگي مالشـي اتفاق نمي افتد. اين مشاهدات تجربي توسط پارامتر خستگي 1F قابل توجيه هستند. در اين مناطق بـه دليـل چسـبيدن دو قطعـه اندازه حرکت نسبي (δ) صفر است و همين باعث صـفر شـدن اندازه 1F مي شود. پارامتر دوم که به نام پارامتر خستگي سايشـيدوم معروف است، براي در نظر گرفتن تنش هـاي صـفحه اي در باز شدن تـرک هـاي عمـود بـر سـطح تمـاس، توسـط رويـز وهمکارانش ارائه شده است. انجام تست هاي تجربي نشان داده اند که ترک هاي ناشي از خستگي سايشي در محلي اتفاق مي افتند که اندازه پارامتر 2F بيشـترين مقـدار را داشـته باشـد و انـدازه ايـنپارامتر با عمر خستگي سايشي نسبت معکوس دارد که مي توانـدبه عنوان کميت کنترل کننده عمر خستگي سايشي به کار برده شود [٢٥ و ۶٢].

٣- تست هاي آزمايشگاهي توسط نيشيوکا و همکاران در سال ٧۶١٩ نيشيوکا و همکارانش با انجام مدل سازي چرخ و محور قطار در نمونه هـاي کوچـک بـه افـزايش حـد دوامخستگي محورها با تغييرات در شکل و هندسة انطباق چـرخو توپي پرداختند [٤]. آنها نمونه هاي خـود را در پـنج گـروهتقسيم کردند و در هـر گـروه بـا انجـام تغييـرات مشـابه درهندسة محور و توپي سعي در بهبود مقاومت خستگي محـور
712470-3655689

شکل 3- چهار گروه نمونه ساخته شده توسط نیشیوکا و حالت اولیه انطباق [4]

نسبت به حالت اوليه انطبـاق داشـتند. گـروه (A) کـه همـاننمونه ساده از انطباق محور و توپي بدون تغييـر در محـور و يا توپي است. گروه (B) نمونـه هـايي هسـتند کـه برآمـدگيبرروي توپي ايجاد شده است. در گـروه (C) بـر روي محـورفيلت ايجاد شـده اسـت. در گـروه (D) عـلاوه بـر فيلـت ازبرآمدگي بر روي محور اسـتفاده شـده اسـت و در گـروه (E) علاوه بر وجود فيلت مقداري از توپي بـر روي محـور معلـقشده است. شکل (٣) پنج گروه از نمونـه هـا و حالـت اوليـهانطباق را نشان مي دهد. با توجه به هدف مقاله در بررسي اثر فيلت بر روي مقاومت خستگي محور، تنها نمونه هـاي گـروه(A) و (C) جهت مدلسازي عددي به کارگرفته مي شوند. ابعاد هندسي اين نمونه ها در جدول (١) ارائه شده است. جنس محور و توپي از آلياژ فولاد ٥٥SF است که مشخصات مکـانيکي ايـنفولاد در جدول (٢) آمده است.
ميزان درصد تداخل شـعاعي بـراي انطبـاق محـور و تـوپي بـه

شکل 4- مدل المان محدود د ر یکی از نمونهها جدول 1- ابعاد هندسی نمونههاي مورد آزمایش [4]

ابعاد فیلت و نمونه ها نمونه ها
D/d D/ρ d (mm) ρ (mm) گروه سري
105921-58216

a A
g C
1/046 10 47/8 5 h

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

1/068 4/42 46/8 11/3 i
1/068 7/14 46/8 7 j
1/068 10 46/8 5 k
1/068 14/29 46/8 3/5 l
1/092 4/42 45/8 11/3 m
1/092 7/14 45/8 7 n
1/116 4/42 44/8 11/3 o


دیدگاهتان را بنویسید