تحليل عددي تغيير شكل تيرهاي نورد شده در معرض صاف‌كاري حرارتي

Numerical analysis of rolled beam deformations subjected to heat straightening

ترميم سازه‌هاي فولادي به روش صا‌ف‌كاري حرارتي قدمت طولاني دارد اما مطالعاتي در اين زمينه در داخل كشور گزارش نشده است. ماهيت فيزيكي اين فرآيند، حرارتي- مكانيكي است و اكثر مطالعات صورت ‌‌گرفته نيز شامل بررسي تجربي اعوجاج‌ها و تغيير شكل‌هاي مكانيكي سازه‌ها و ترميم به كمك ابزارهاي تسريع كننده مانند جك‌‌هاي هيدروليك بوده است. در اين تحقيق، به تحليل حرارتي و سازه‌اي اين فرآيند روي يك تير فولادي با مقطع I- شكل بدون اعمال بار خارجي پرداخته شد. مشعل اكسي استيلن به عنوان منبع حرارت، مد نظر بوده و از مدل شار حرارت نرمال گوسي براي مدل‌سازي شار حرارت ورودي از شعله به تير استفاده شد. تحليل انتقال حرارت گذراي سه بعدي و تغيير شكل‌هاي سازه‌اي به روش المان محدود در نرم ‌افزار ANSYS، انجام گرفت و نتايج حاصل از تغيير شكل‌هاي حرارتي بر اساس ميزان دوران پلاستيك در تير بررسي شدند. همچنين نقش متغيرهاي موثري مانند شرايط تكيه‌گاهي، سرعت مشعل در نواحي مختلف گرمايش، ابعاد منطقه گرم‌كاري و مسير حركت مشعل روي بال فوقاني تير مورد مطالعه قرار گرفتند. نتايج شبيه‌‌سازي‌هاي عددي انجام گرفته در مقايسه با داده‌هاي تجربي موجود، همخواني كيفي معقولي داشتند و به واسطه عدم اعمال نيروي خارجي، سهم حرارت در ميزان تغيير شكل نهايي تير تبيين گرديد.

Restoration of the steel structures by heat straightening process has a long history, but national studies in this field have not been reported yet. The physical nature of this process is thermo mechanical, and the most of conducted studies have included the empirical investigation of angular distortions and mechanical deformations of structures and the restoration with the help of accelerators such as hydraulic jacks. In the present study, the numerical heat transfer and structural analysis of the process were carried out on an I-shaped cross section steel beam without application of external load. Oxy acetylene torch was considered as the heat source, and the Gaussian normal distribution model was used to model the input heat flux from flame to the beam surface. Three dimensional transient heat transfer and thermo elastic plastic deformations were analysed by finite element method in ANSYSTM software, and the results of thermo elastic plastic deformations were evaluated based on the amount of plastic rotation in the beam. Also role of the effective parameters such as supporting conditions, torch speed in different heating zones, heating dimensions and the path of torch movement on upper wing of the beam were studied. The results of numerical simulations carried out were in reasonable agreement with existing empirical data and showed the contribution of thermal deformation in the final deformations of the beam due to the non-application of external force.