بررسي تجربي و عددي تاثيرخرابي مواد نرم بر توانايي تحمل بار لوله هاي داراي فرورفتگي با فشار داخلي، ضخامت ديواره و قطر سمبه متفاوت

Experimental and numerical investigation of ductile damage effect on load bearing capacity of a dented pipe with different internal pressure, wall thickness and indenter diameter

در اين مقاله تاثير خرابي مواد نرم بر رفتار لولههاي داراي فرورفتگي تحت بارگذاري فشار داخلي به كمك روش هاي تجربي و عددي مورد بررسي قرار مي گيرد. در روش عددي رفتار پلاستيك لوله ها تحت فرآيند ايجاد فرورفتگي با استفاده از تيوري مكانيك خرابي محيط هاي پيوسته و آناليز المان محدود الاستيك-پلاستيك مدلسازي مي شود. در شبيه سازي هاي المان محدود، از مدل خرابي پلاستيسيته پيشنهاد شده توسط ژو و ويرزبيكي استفاده مي شود. اين مدل خرابي پلاستيسيته تاثير چهار پارامتر مهم در پيش بيني شكست مواد نرم تحت عناوين قانون خرابي، نرمي پذيري، فشار هيدروستاتيك و زاويه لود را در بر مي گيرد. عمق فرورفتگي هدف به عنوان معيار براي بررسي توانايي تحمل بار لوله تحت فرآيند ايجاد فرورفتگي توسط سمبه كروي صلب در نظر گرفته مي شود. به منظور راستي آزمايي محاسبات عددي، مجموعه اي از تست هاي آزمايشگاهي بر روي لوله فولادي API XB با فشار داخلي اتمسفريك انجام مي گيرد. بعد از مرحله راستي آزمايي، محاسبات پارامتريك براي محدوده متفاوتي از فشار داخلي، ضخامت ديواره و قطر سمبه براي لوله آلمينيومي 2024-T351با و بدون در نظر گرفتن تاثير خرابي انجام مي گيرد و نتايج مقايسه خواهند شد. نهايتاً نشان داده مي شود كه خرابي نقش مهمي در پيش بيني توانايي تحمل بار لوله داراي فرورفتگي بازي مي نمايد. نتايج اين مقاله توانايي مدل در نظر گرفته شده در پيش بيني شكست مواد نرم تحت بارگذاري هاي چند محوره را تاييد مي كند.

In this paper, the effect of ductile damage on the behavior of a dented pipe subjected to internal pressure is investigated by experimental and numerical methods. In the numerical investigation, the plastic behavior of pipes under indentation is studied using continuum damage mechanics theory and the elastic-plastic finite element analysis. Finite element calculations are carried out using the damage plasticity model proposed by Xue and Wierzbicki (X-W).The proposed damage plasticity model incorporates effects of four parameters that play an important role in predicting the fracture initiation, namely the damage rule, the softening effect, the hydrostatic pressure and the Lode angle. The target dent depth is considered an indication of the load bearing capacity of the pipe under indentation process by a rigid spherical indenter. To validate numerical calculations, a series of experimental tests are conducted on the API XB steel pipe with atmospheric pressure. After verification, numerical calculations for different ranges of internal pressures, wall thickness and indenter diameter with and without damage effect are carried out for aluminum 2024-T351 pipe and results are compared. It is shown that damage plays an important role on the load bearing capacity of an indented pipe. Results of the present study confirm the credibility of the proposed model in predicting the ductile fracture under multi-axial state of stress loadings.