بررسي اثر فاق بر عمر خستگي نمونه هاي استوانه اي فولاد HSLA100 در بارگذاري خمشي چرخان با روش تجربي و نظريه ضعيف ترين عضو

Theoretical and experimental investigation of notch effect on fatigue life of cylindrical HSLA100 steel specimens in rotating bending load

اين مقاله به بررسي اثر فاق بر عمر خستگي فولاد "HSLA100" كه عمدتاً در صنايع دريايي كاربرد دارد، مي پردازد. آزمايش هاي تجربي كشش ساده و خستگي بر روي نمونه هاي استوانه اي ساده و فاق‌دار اين فولاد انجام شده و مشخصات مكانيكي و هم چنين نمودار تنش عمر نمونه هاي ساده و فاق‌دار به دست آمده‌اند. در اين تحقيق به منظور بررسي كامل تر اثر فاق و همچنين اندازه هندسي بر روي عمر خستگي نمونه ها، دو نوع هندسه فاق و همچنين دو اندازه متفاوت براي نمونه هاي آزمايش در نظر گرفته شده است. از آزمايش هاي خستگي انجام شده بر روي نمونه هاي فاق‌دار و هم چنين از طريق نظريه ضعيف ترين عضو (Weakest-link) ضريب حد خستگي فاق محاسبه شده است. براي محاسبه اين ضريب از طريق نظريه ضعيف ترين عضو، ابتدا يك مدل‌سازي اوليه در آباكوس انجام شده و سپس از طريق برنامه نويسي ميدان تنش در حالت خمشي چرخان به دست آمده است. براي بررسي بهتر ويژگي هاي نظريه ضعيف ترين عضو در محاسبه ضريب حد خستگي، اين ضريب از روش هاي كلاسيك كه براساس منحني-هاي تجربي هستند نيز محاسبه شده و با داده هاي حاصل از آزمايش مقايسه شده است. در نهايت مقايسه نتايج نظري و آزمايشگاهي نشان داد كه نظريه ضعيف ترين عضو دقت بهتري نسبت به روش هاي كلاسيك مورد مطالعه در اين تحقيق دارد و به نتايج آزمايش نزديك تر است. علاوه بر اين، در نظريه ضعيف ترين عضو از نتايج آناليز المان محدود براي پيش بيني ضريب حد خستگي نمونه هاي فاق‌دار استفاده مي شود كه اين امر استفاده از اين نظريه در انجام آناليز خستگي قطعات پيچيده را تسهيل مي كند.

This research investigates notch effect on fatigue life of HSLA100 steel which is widely applicable in the marine industry. Experimental tensile tests and rotating bending fatigue tests were performed on both smooth and notched cylindrical specimens and the corresponding mechanical properties and S-N curves were obtained. To better investigate the notch and also size effect on fatigue life of the specimens, two different notch geometries and specimen dimensions were used. To calculate the fatigue strength factor, stress distribution under bending load is simulated for smooth and notched specimens. Then, the stress distribution under bending load is converted to stress distribution under rotating bending load using an in-house developed code. Finally, using an in-house developed code, the fatigue strength factor of the specimens is calculated by weakest link theory. In order to better investigate the weakest-link theory, in calculating the fatigue strength factor, this factor is calculated using the classical methods and compared with experimental results. Finally, comparison of theoretical with experimental results shows that the weakest-link theory gives better predictions than other classical methods and the results are closer to experimental ones. Also, Weakest-link theory uses the finite element results to predict notch effect. This facilitates the use of this theory in fatigue design of complicated specimens.