بررسي تجربي و عددي تاثير تغييرات خواص مكانيكي در راستاي ضخامت فولاد لوله API X65 بر توزيع تنش

Effect of Through-thickness Variation of Mechanical Properties on Stress Distribution in API X65 Linepipe Steel: An Experimental and Numerical Investigation

در طي فرآيند ساخت لوله‌هاي فولادي دما و عناصر آلياژي به طور غيريكنواخت در ديواره لوله توزيع مي‌شود. در اين مطالعه اثر اين توزيع غيريكنواخت بر خواص مكانيكي در مقياس ماكرو بررسي شد. براي اين منظور نمونه‌هاي تخت كششي از ديواره لوله بريده شد؛ به طوري كه هر نمونه مربوط به موقعيت خاصي از ضخامت ديواره بود. نتايج آزمايش كشش تغييرات معنادار خواص مكانيكي را در راستاي ضخامت نشان مي‌دهد. در ادامه اثر اين تغييرات بر رفتار مكانيكي فولاد بررسي گرديد. براي اين منظور يك نمونه كششي ضخيم با استفاده از خواص اندازه‌گيري شده به صورت ساختار چندلايه (ناهمگن) مدل شد. در فرآيند مدل‌سازي، ابتدا به كمك شبيه‌سازي اجزاء محدود و با توجه به نمودار تنش-كرنش بدست آمده از آزمايش كشش، پارامترهاي مدل آسيب گرسون-تيورگارد-نيدلمن براي هر يك از لايه ها به طور جداگانه كاليبره شدند. سپس اين پارامترها در مدل‌سازي نمونه ناهمگن استفاده شد. بر طبق نتايج، نمودارهاي نيرو-تغيير مكان نمونه ضخيم بدست آمده از مدل‌سازي و آزمايش دقيقاً بر يكديگر منطبق نيستند؛ اين اختلاف به دليل شرايط تنشي مختلف در نمونه‌هاي نازك و ضخيم و همچنين اثر تنش‌هاي پسماند است.

Alloying elements and temperature are non-uniformly distributed in the wall of a steel pipe during the manufacturing process. In this study, the effects of these non-uniform distributions on mechanical properties were evaluated macroscopically. Plate-type tensile specimens were cut from the wall of a steel pipe in a way that each specimen was separated from a specified location along the wall thickness. The results of tensile tests showed significant variation of mechanical properties in the thickness direction. To investigate the effect of this variation on the steel deformation, a thick tensile specimen with a thickness equal to the pipe wall thickness was then modeled as a multilayer structure based on the measured mechanical properties. First of all, with the help of finite element simulation and according to the obtained stress-strain curve from the tension test, GTN damage parameters have been calibrated for every single layer, and then, these parameters were used in modeling the multilayer specimen. According to the results, the numerical load-displacement curve obtained from multilayer modeling did not exactly match the experimental curve of the thick specimen; this can be due to different governing stress states in thin and thick specimens and also the effect of residual stresses