واكاوي عددي و تجربي انباشتگي كرنش پوسته‌هاي استوانه‌اي فولادي SS316L يك سرگيردار با بارگذاري خمشي و مركب (خمشي-پيچشي) تناوبي

Experimental and numerical study on accumulation of plastic strain of SS316L cantilevered cylindrical shells under cyclic bending and combined (bending-torsion) loads

در اين تحقيق به بررسي تجربي و عددي انباشتگي كرنش موم‌سان و رفتار نرم شوندگي پوسته‌هاي استوانه‌اي يك سرگيردار فولادي SS316L با بارگذاري خمشي و مركب (خمشي-‌پيچشي) به‌صورت تناوبي پرداخته شده است. بارگذاري‌هاي خمشي به‌صورت نيرو-كنترل و جابه‌جايي-كنترل است؛ اما در بارگذاري‌هاي مركب، اعمال نيرو فقط به‌صورت جابه‌جايي-كنترل است. آزمايش‌هاي تجربي توسط دستگاه سرو هيدروليك اينسترون 8802 انجام شده است كه با بارگذاري نيرو-كنترل با نيروي ميانگين غير صفر تغيير شكل موم‌سان در چرخه‌هاي پياپي انباشته مي‌شود كه پديده‌ رچتينگ نام دارد. بر اساس نتايج تجربي، رابطه‌ي خطي بين انرژي موم‌سان و نرخ تغيير شكل موم‌سان مشاهده شد كه بيانگر سفتي فيكسچرهاي مورد استفاده در آزمايش‌هاي تجربي است. در بارگذاري جابه‌جايي-كنترل رفتار نرم شوندگي به‌دليل پديده بيضي شدن در پوسته‌ها مشاهده مي‌شود و با افزايش دامنه جابه‌جايي، سرعت نرم شوندگي افزايش مي‌يابد. رشد ترك در بارگذاري مركب به‌دليل وجود نيروي پيچشي و خمشي به‌صورت مايل رشد مي‌كند؛ در حالي كه در بارگذاري خمشي رشد ترك به‌صورت محيطي است. تحليل عددي توسط نرم افزار آباكوس انجام شده است و با مقايسه‌ي الگوي سخت شوندگي همگن و الگوي سخت شوندگي غير خطي همگن/ سينماتيك مشاهده مي‌شود كه الگوي سخت شوندگي غير خطي همگن/ سينماتيك، رفتار نرم شوندگي و انباشتگي كرنش موم‌سان پوسته‌هاي استوانه‌اي با بارگذاري خمشي تناوبي را بهتر شبيه‌سازي مي‌كند.

In this research, accumulation of plastic strain and softening behavior of stainless steel SS316L cylindrical shell under cyclic bending and combined loads (bending-torsion) is studied. Cyclic bending was under force-control and displacement-control but Combined loading was under displacement-control. Experimental tests were performed using an INSTRON 8802 servo-hydraulic machine. Under force-control loading with non-zero mean force, plastic strain was accumulated in continuous cycles called ratcheting. Based on experimental results, linear relation was observed between plastic energy and rate of plastic deformation, which shows the rigidity of fixtures used in experimental tests. Under displacement-control loading, softening behavior was observed due to growth of ovalization and the rate of softening increased by use of the higher displacement amplitude. The crack growth up to failure is oblique in combined load due to torsion and bending loads whereas the crack growth is peripheral in bending load. The numerical analysis was carried out by ABAQUS software and nonlinear isotropic/kinematic hardening was compared with isotropic hardening; it was observed that the nonlinear isotropic/kinematic hardening model simulates the softening behavior and accumulation of plastic strain of cylindrical shells under cyclic bending accurately.