اندازه‌گيري تجربي و برآورد عددي انرژي شكست نمونه آزمايش ضربه سقوطي با شيار ماشين‌كاري‌شده در فولاد API X65

Experimental Measurement and Numerical Evaluation of Fracture Energy in drop Weight Tear Test Specimen with Chevron Notch in API X65 Steel

يكي از اهداف مهم در آزمايش ضربه سقوطي به دست آوردن مقدار انرژي شكست به منظور ارزيابي بهتر خواص فولاد آزمايش شده است. در تحقيق حاضر اندازه‌گيري تجربي و برآورد عددي انرژي شكست نمونه آزمايش ضربه سقوطي با شيار ماشين‌كاري‌شده در فولاد API X65 انجام شده است. هدف از تعيين اين انرژي تخمين مقاومت ماده در برابر شكست است. نمونه آزمايشگاهي از بدنه لوله فولادي با درز جوش مارپيچ با قطر خارجي 1219ميلي‌متر و ضخامت ديواره 14/3ميلي‌متر بريده و تا ابعاد استاندارد ماشين‌كاري شده است. سپس در وسط نمونه شيار شورن به طول 1/5ميلي‌متر ايجاد و نمونه تحت بارگذاري ديناميكي با سرعت اوليه 3/6متر بر ثانيه قرار گرفت. با ترسيم منحني‌هاي نيرو- جابجايي و انرژي- جابجايي مقدار حداكثر نيرو براي داده‌هاي آزمايشگاهي 229كيلونيوتن و از طريق مدل‌سازي كامپيوتري 225كيلونيوتن به دست آمد. با محاسبه سطح زير منحني نيرو- جابجايي مقدار انرژي شكست نمونه آزمايشگاهي براي داده‌هاي تجربي و مدل‌سازي كامپيوتري به ترتيب 7085 و 6800ژول به دست آمد. بررسي منحني‌هاي تجربي به دست آمده نشان داد كه حدود 59% انرژي صرف رشد ترك شده و مابقي صرف شروع ترك و تغيير شكل پلاستيك در نواحي سندان‌ها و ناحيه زير چكش شده است. در انتها با ترسيم منحني خطي انرژي شكست نمونه برحسب سرعت چكش نشان داده شد كه شيب اين منحني معيار خوبي براي بررسي اتلاف انرژي و رفتار شكست ماده است.

One of the most important purposes of the drop weight tear test (DWTT) is to achieve the value of fracture energy for better evaluation of tested steel properties. In the present research, experimental and numerical measurement of fracture energy in drop weight tear test specimen with chevron notch on API X65 steel has been carried out. The purpose of the determination of this energy is to estimate the strength of material due to fracture. The test specimen was cut from an actual spiral seam welded steel pipe of API X65 grade with an outside diameter of 1219mm and wall thickness of 14.3mm and then it has been machined to standard size. Then chevron notch with a length of 5.1 was placed in the middle of the specimen and the specimen was fractured under dynamic loading with an initial impact velocity of 6.3m/s. The maximum force of 229kN and 225kN were achieved for experimental and numerical data, respectively by drawing force-displacement and energy-displacement curves. The fracture energy of the test sample for experimental and numerical data was obtained as 7085J and 6800J, respectively by evaluation of the area under the force-displacement curve. Based on the results of experimental curves, about %59 of fracture energy was used for crack propagation and the remaining was used for crack initiation and plastic deformation of test sample near anvils and striker regions. In the end, drawing a linear curve for fracture energy of specimen based on the hammer velocity showed that the slope of this curve could be a good criterion for estimating the energy loss and fracture behavior of the test specimen.