تحليل خرابي ترك چندراهه خروجي موتور پرخوران داراي نواقص ساختاري تحت بارگذاري حرارتي بر اساس ضريب شدت تنش بحراني با استفاده از شبيه سازي اجزاي محدود

Crack failure analysis of turbo-charged engine exhaust manifold including structural defects based on fracture intensity factor by finite element method

ترك يكي از مكانيزم هاي اصلي خرابي قطعات موتوري مثل چندراهه خروجي مي باشد. با توجه به اينكه چندراهه خروجي، تحت بارگزاري حرارتي مكانيكي شديد متناوب قرار دارد، لذا نواقص ساختاري كوچك مي تواند آغاز كننده ايجاد ترك و رشد آن باشد. طبق معيار خرابي مكانيك شكست، ضريب شدت شكست يا چقرمگي شكست تعيين كننده مقاومت ماده در برابر رشد ترك و خرابي است. با توجه به نوع بارگذاري، تنش هاي داخل صفحه و خارج صفحه، از سه مود مختلف ضريب شدت شكست IK ، IIK ، IIIK براي سنجش استحكام ماده داراي ترك استفاده مي شود. هر چه طول ترك بيشتر باشد، ضريب شدت شكست كمتر مي شود يعني اينكه مقاومت ماده در برابر ترك خوردگي كمتر است. وقتي نيروي مقاوم در برابر رشد ترك از نيروي كششي اعمال شده بيشتر باشد، ترك رشد نخواهد كرد. بنابراين انتخاب نوع ماده اهميت زيادي دارد. در اين تحقيق، با استفاده از تحليل اجزاي محدود و مدل سازي ترك روي ناحيه اي از چندراهه خروجي كه بيشترين تنش نرمال وجود دارد، رشد و يا عدم رشد ترك را بررسي خواهيم كرد.

Crack is one the main failure mechanism of engine components like exhaust manifold. Since the exhaust manifold is under cyclic and sever thermo-mechanical loads, so a small structural defect may cause crack initiation and propagation. According to fracture mechanics failure criteria, the strength of material against crack propagation is defined by fracture intensity factor. Three deferent mode of fracture intensity factor KI ،KII ،KIII is used for determination of material strength. By increasing of crack length, fracture intensity factor is decreasing and it means that the strength of material against crack propagation is reduced. When the resistant force against crack propagation is more than exerted tensile force, crack will not propagate. So material selection is very important. In this research, by using of finite element analysis and crack modeling on a part of exhaust manifold in which there is maximum normal stress, it is investigated that whether crack propagates or not.