عنوان :

پایان نامه تنش گیری ارتعاشی

تعداد صفحات :۷۶

نوع فایل : ورد و قابل ویرایش

چکیده

مقاله حاضر شامل ۴ بخش می باشد که در فصل اول تنش های پسماند در جوشکاری را بیان می کند.

تنش های پسماند به آن دسته ازتنش هایی اطلاق می شود که پس از عملیات خاصی در جسم باقی مانده و ناشی از بارگذاری خارجی نمی باشد . این تنش ها در حالت خود تعادلی هستند . منظور از خود تعادلی این است که مجموع نیرو ها و ممان های ناشی از اینگونه تنش ها در جسم برابر صفر می باشد . هنگامی که یک جسم دارای تنشهای پسماند ، تحت بارگذاری خارجی قرار می گیرد ، تنشهای ناشی از بار خارجی به تنشهای پسماند افزوده می شود . تنشهای پسماند در نتیجه کار روی قطعات از جمله حین ریخته گری ، آهنگری ، نوردکاری و یا جوشکاری در قطعه بوجود   می آیند .

عموما ، عبارت تنش پسماند به صورت اثر استاتیکی ، نماینده میدانهای تنشی تک محوری یا چند محوری دریک سیستم بسته ، بدون وجود هیچگونه نیرو یا گشتاور خارجی است . این مواضع تنشی با هم در تعادل اند .

در فصل دوم مقدمه کلی بر تنش زدایی ارتعاشی را توضیح می دهد. تنش زدایی با استفاده از تغییر شکل پلاستیک؛ می توان در دمای اتاق با استفاده از اعمال تنش خارجی در ناحیه ای که تنش پسماند به وجود آمده است رسید. مقدار این تنش اعمالی باید چنان باشد که جمع جبری تنش ها از تنش تسلیم ماده تشکیل دهنده قطعه در دمای اتاق بیشتر باشد. پس از حذف تنش های خارجی سطح تنش های پسماند کاهش می یابد. مکانیزمی که شرح داده شد اساس کار روش تنش زدایی ارتعاشی است.

در فصل سوم تنش زدایی ارتعاشی (VSR و فصل چهارم کاربرد تنش زدایی ارتعاشی را بیان می کند.

کاربرد فرایند تنش زدایی ارتعاشی در بسیاری از صنایع نشان دهنده موفقیت این روش در تنش زدایی است. به طور کلی می‌توان عنوان کرد در جایی که نیاز به تغییرات متالورژیکی نیست، تنش زدایی ارتعاشی می‌تواند به خوبی تنش زدایی حرارتی برای تثبیت ابعادی قطعات مختلف مورد استفاده قرار بگیرد. در عین حال این روش سریعتر، تمیزتر و ارزان‌تر از نظر هزاران مصرف کننده روش در ۶۰ سال اخیر در تمام زمینه های مهندسی عنوان شده است.

در فصل پنجم نظر شرکت های بزرگ استفاده کننده از روش تنش گیری ارتعاشی را بیان می کند.

نظر شرکت : Giddings & Lewis
امروزه تمام پلهای حلقه ای ما با روش ارتعاشی تنش زدایی می شوند که به عنوان یک روش استاندارد در پروسه ساخت می باشد . ما هرگز حالتی که در آن تنش زدایی بی دقت بوده باشد نداشته ایم .

نظر:NASA–Laxgley
روش تنش زدایی ارتعاشی برای NASA بسیار سودمند بود و بارها مورد استفاده قرار گرفت . من به این روش به مثابه یک شعبده برای دستیابی به محصولات با کیفیت بالاتر در آینده خود فکر می کنم .

واژه های کلیدی: تنش های پسماند،صنعت جوشکاری، تنش زدایی ارتعاشی

فهرست مطالب

پیشگفتار
فصل اول

تنش های پسماند در جوشکاری
۱-۱ انقباض و تنش پسماند                  ۱۷
۱-۲ تنش پسماند کششی              ۲۰

فصل دوم

مقدمه کلی بر تنش زدایی ارتعاشی
۲- ۱ اصول حاکم بر تنش زدایی ارتعاشی        ۲۵
۲-۲ بررسی اقتصادی و کاربردی               …۲۶
۲-۲-۱  کاربردها                ..۲۶
۲-۲-۲ بررسی اقتصادی و مزایا              ..۲۷

فصل سوم

تنش زدایی ارتعاشی (VSR)
۳-۱  تاریخچه             .۳۳
۳-۲  اساس کار تنش گیری ارتعاشی و کاربردهای آن           ۳۸
۳-۳  انواع روش های تنش زدایی ارتعاشی         ۴۶
۳-۳-۱  روش تنش زدایی ارتعاشی در محدوده فرکانس رزونانس (R-VSR)   ۴۷
۳-۳-۲ روش تنش زدایی ارتعاشی در محدوده فرکانس زیر هارمونیک      .. ۵۱
۳-۳-۲-۱ تجهیزات مورد استفاده در تنش زدایی ارتعاشی        . ۵۵
۳-۳-۲-۲  اجزای دستگاه تنش زدایی            ۵۷
۳-۴ مزایای تنش گیری ارتعاشی نسبت به تنش گیری حرارتی در جوشکاری   ..۶۱

فصل چهار

کاربرد تنش زدایی ارتعاشی
۴-۱  مقدمه                 ..۶۲
۴-۲  نمونه‌هایی از مصارف صنعتی تنش زدایی ارتعاشی       .۶۴
۴-۲-۱  پروانه فن و تجهیزات دوار         ..۶۴
۴-۲-۲  لوله ها، میله ها و شافت ها         ..۶۵
۴-۲-۳  قطعات مختلف چدنی            .۶۶
۴-۲-۴  قطعات گیربکس               ..۶۷
۴-۲-۵  بیلت فورج شده               …۶۸
۴-۲-۶  تیرک             ۶۸
۴-۲-۷  پایه کمپرسورها              ۶۸
۴-۲-۸  ماشین های حفاری           ..۶۹
۴-۲-۹  وسایل حمل و نقل           ..۷۰
۴-۲-۱۰  چرخ دنده ها              .۷۱
۴-۲-۱۱  قاب چرخ حرکت کننده روی زمین      ..۷۲
۴-۲-۱۲  چرخ بالا برنده               …۷۳
۴-۲-۱۳ پاتیل و مخازن سرباره            .۷۳
۴-۲-۱۴ سایر قطعات                  .۷۳

-۱ انقباض و تنش پسماند:

تنش های پسماند به آن دسته ازتنش هایی اطلاق می شود که پس از عملیات خاصی در جسم باقی مانده و ناشی از بارگذاری خارجی نمی باشد . این تنش ها در حالت خود تعادلی هستند . منظور از خود تعادلی این است که مجموع نیرو ها و ممان های ناشی از اینگونه تنش ها در جسم برابر صفر می باشد . هنگامی که یک جسم دارای تنشهای پسماند ، تحت بارگذاری خارجی قرار می گیرد ، تنشهای ناشی از بار خارجی به تنشهای پسماند افزوده می شود . تنشهای پسماند در نتیجه کار روی قطعات از جمله حین ریخته گری ، آهنگری ، نوردکاری و یا جوشکاری در قطعه بوجود   می آیند .

عموما ، عبارت تنش پسماند به صورت اثر استاتیکی ، نماینده میدانهای تنشی تک محوری یا چند محوری دریک سیستم بسته ، بدون وجود هیچگونه نیرو یا گشتاور خارجی است . این مواضع تنشی با هم در تعادل اند .

تنش پسماند از لحاظ گستردگی در جسم به سه نوع تقسیم می شود :

۱- تنش های پسماند نوع اول ، اغلب در ناحیه وسیعی از ماده ( چندین دانه ) ، بصورت همگن و یکنواخت قرار دارد . برهم خوردگی و اغتشاش در تعادل نیروها ، همواره منجر به تغییرات ابعادی ماکروسکوپی می شود .

۲- تنش های پسماند نوع دوم ، اغلب در ناحیه کوچکتری از ماده ( در یک دانه یا در تعداد اندکی از دانه ها ) ، به طور یکنواخت و همگن توزیع شده اند . در این حالت اغتشاش در تعادل نیروهای مناطق مختلف ماده می تواند منجر به تغییرات ابعادی ماکروسکوپی شود .

۳-  تنش های پسماند نوع سوم ، در سرتاسر محدوده ماده حتی در ابعاد چند فاصله اتمی ، بصورت نا همگن پخش شده اند . اغتشاش در تعادل نیرو ، منجر به تغییرات ابعادی ماکروسکوپی نمی شود .

 تنش های پسماند جوشی از نوع تنشهای حرارتی می باشد که در اثر حرات دادن ، انبساط وانقباض موضعی و تغییر شکل پلاستیکی حاصله در جسم ، تشکیل می شوند.  لازم به اشاره می باشد که چنانچه قطعه ای به طور همگون و یکنواخت حرارت داده شده و سپس آرام سرد شود و هیچگونه مانعی در انبساط و انقباض قطعه وجود نداشته باشد ، یک چنین سیکل حرارتی منجر به تنش یا تغییر شکل های پسماند نخواهد شد .

در حین جوشکاری ، حوزه حرارتی ناشی از قوس الکتریکی باعث تغییر شکل حرارتی           ( انبساط در حین گرو شدن و انقباض در حین سرد شدن ) در جوش و اطراف آن می شود . تغییر شکل حرارتی به طور کلی متناسب با درجه حرارت بوده و این بستگی تا حد نقطه ذوب فلز وجود دارد . هنگامیکه در نقطه ای از جسم ، درجه حرارت به درجه حرارت ماکزیمم می رسد ، دراطراف آن یک شیب حرارتی تند بوجود آمده که منجر به ایجاد یک حوزه تغییر شکل حرارتی در اطراف نقطه مزبور می شود .این منطقه بوسیله فلز سردتر موجود در اطراف آن محدود می گردد . شدت این حوزه ، در نزدیکی نقطه حرارتی بحدی است که این منطقه در حین گرم شدن ، بشدت تحت تاثیر تنش های فشاری قرار گرفته و تغییر شکل پلاستیکی در آن بوجود می آید . در حین سرد شدن ، به واسطه انقباض موضعی ، تنش های کششی به اندازه تنش تسلیم فلز پایه در جوش و مناطق نزدیک به آن (HAZ ) توسعه می یابد .

تنش های پسماند تنش های سه محوره هستند ( طولی ، عرضی و ضخامتی ) . تاثیر انقباض در جهت ضخامت در مواد با ضخامت کم ، بسیار اندک است . با افزایش (۳۰ mm  ) تنشهایی در جهت ضخامت نیز می توانند بوجود آیند و به سرعت به تنش تسلیم برسند . تنش های ضخامتی خطر ایجاد ترک و در نتیجه شکست ترد را بیشتر می کند .

اگر در یک ماده تنش سه محوری ظاهر شود :

·  استحکام تسلیم مواد تا سه برابر استحکام تسلیم معمولی افزایش می یابد .
·  اضافه طول به طور قابل توجهی کاهش می یابد .
·  ازدیاد طول تا یک مقدار مینیمم کاهش می یابد .
·  تمایل به تشکیل ترک افزایش می یابد .

    برای  اثبات این فرضیات ، سال ها قبل آزمایش های کشش بر روی نمونه هایی  با انواع مختلف شیار توسط لودویک انجام شد .

۱-۲ تنش پسماند کششی:

تنش پسماند تنشی است که بر اثر انجام عملیات خاصی در جسم باقی می‌مانند و در حالی که جسم تحت هیچ بارگذاری خارجی نیست نیز وجود دارد. طبیعت تنش پسماند به گونه ای است که در مقابل هر تنش کششی تنش فشاری نیز باید وجود داشته باشد ، به گونه‌ای که جسم در حالت تعادل باقی بماند که به این حالت، حالت خود تعادلی می گویند.

علت اینکه شناسایی چنین تنشهایی برای ما مهم است این است که وقتی جسم تحت تنش خارجی قرار می‌گیرد، این تنش خارجی به تنش پسماند موجود افزوده می‌شود. پس اگر در منطقه‌ای تنش پسماند کششی داشته باشیم و بارگذاری ما نیز تنش کششی باشد سطح تنش در آن منطقه بالاتر از آنچه که تنها با لحاظ تنش کششی خارجی بدست می‌آید خواهد بود. لذا در صورتی که تنش کششی پسماند داخلی را در نظر نگیریم و قطعه را تنها براساس تنش اعمالی خارجی طراحی می‌کنیم ممکن است در اثر تنش‌های پسماند خارجی تنش در قطعه از حد تسلیم آن بالاتر رفته و باعث شکست آن گردد.

یکی از فرایندهایی که باعث ایجاد تنش پسماند در سازه‌ها می‌گردد جوشکاری است که به علت گرم و سرد شدنهای متوالی جوش و مناطق نزدیک جوش و عدم امکان جابجایی در بعضی جهات،  تنش های پسماند داخلی در جوش و مناطق مجاور آن بوجود می آید.

مقدار انبساط و تغییر شکل جسم در مقابل گرما متناسب با درجه حرارت می‌باشد . اصولاً با افزایش درجه حرارت تا نقطه ذوب فلز شاهد انبساط در آنها خواهیم بود. حال هنگامی‌ که در نقطه‌ای از جسم درجه حرارت به طور موضعی افزایش یابد دراطراف آن یک شیب حرارتی بوجود می‌آید که می‌خواهد باعث تغییر شکل و انبساط نقطه‌ای که دمای آن افزایش پیدا کرده است شود ، ولی از اطراف توسط فلزی که این نقطه را احاطه کرده‌اند و میل به تغییر شکل ندارند با تغییر شکل این نقطه مقابله می‌شود ، لذا مناطق نزدیک این نقطه تحت تنش فشاری قرار می‌گیرند و در صورتی که تنش فشاری موجود از حد تسلیم بیشتر شود باعث تغییر شکل پلاستیک این منطقه می‌شود. در حین سرد شدن منطقه‌ای که گرم شده بود شاهد انقباض موضعی خواهیم بود که باعث ایجاد تنش کششی در مجاورت این نقطه در حد تنش تسلیم فلز خواهد بود.

همانگونه که ملاحظه می‌شود ، تشکیل تنشهای جوشی ناشی از کرنش‌های حرارتی بوده که بواسطه گرم و سرد شدن موضعی و غیریکنواخت در محل حوضچه جوش و اطراف آن و ممانعت محیط (فلز) اطراف ایجاد می‌شوند . این کرنشها در منطقه جوش و مجاور نزدیک آن ، کرنش پلاستیکی بوده که هم در حین گرم شدن و هم در حین سرد شدن بوجود می‌آیند. منطقه‌ای که در آن کرنشهای حرارتی ایجاد می‌شود کم یا بیش توسط محیط (فلز) اطراف خود مهار یا ممانعت می‌شود. چنانچه قطعه کار آزاد بوده و به قطعات دیگر متصل نباشد ، این نوع مهار از نوع مهار اولیه بوده چنانچه قطعه کار خود به قطعات دیگر متصل باشد ، درجه مهار بالاتر بوده و مهار ثانویه  نیز در شکل‌گیری تنش های پسماند دخیل خواهد بود . بنابراین سطح و توزیع تنش های پسماند جوشی بستگی به مهار اولیه (ناشی از نوع اتصال جوشی ) و مهار ثانویه ( ناشی از ابعاد کلی قطعه و نحوه درگیری آن ) دارد . برای تنشهای پسماند طولی  مهار اولیه قویاً تعیین کننده بوده و مهار ثانویه اثر کمی دارد . بنابراین صرفه نظر از اینکه ابعاد کلی قطعه کار و نگهداری آن به چه صورت باشد می‌توان برای تخمین سطح و توزیع تنشهای پسماند طولی در اتصالات ورقی جوشی از شکل ۸ استفاده نمود.

لازم به توضیح است که در قسمتهای ابتدایی وانتهایی یک جوش طولی تنش های پسماند طولی به سرعت کاهش یافته و به صفر می‌رسند. به عنوان یک قاعده سرانگشتی می‌توان اظهار نمود که تنشهای طولی در یک جوش از فاصله ۱۵۰mm دو سر جوش شروع به کاهش نموده و در دو انتها به صفر می‌رسند . چنانچه طول جوشی بیش از ۳۰۰mm  باشد در وسط آن سطح تنشهای پسماند جوشی در حد تنش تسلیم فلز خواهد بود. یک اتصال جوشی در جهت عرضی ( عمود بر جهت جوشکاری ) نیز منقبض شده که منجر به ایجاد تنشهای پسماند عرضی می‌شود . اصول ایجاد این تنش ها نظیر تنش های طولی بوده با این تفاوت که مهار اولیه در شکل‌گیری آنها کمتر مؤثر بوده و مهار ثانویه مهم می‌باشد . در شکل ۸ سطح و توزیع تنشهای عرضی بطور شماتیک نشان داده شده است . در قسمت میانی جوش ، تنشها از نوع کششی بوده و در قسمتهای انتهایی تنشهای فشاری به جهت بالانس کردن تنشهای کششی ایجاد شده‌اند . حداکثر سطح تنش های عرضی به واسطه مهار اولیه در حدود ۲۵%  میزان تنش تسلیم فلز می‌باشد . چنانچه قطعه کار در جهت عرضی مهار شده باشد ، ممانعت ثانویه ایجاد شده که بسته به درجه مهار منجر به افزایش سطح این تنش ها می‌شود .

 تنش های پسماند جوش همچنین می‌توانند در جهت ضخامت نیز به وجود آیند . در مقاطع نازک (کمتر از ۳۰mm ) سطح این تنش ها در جهت ضخامت ناچیز و قابل صرفه نظر کردن می‌باشد ، لیکن برای مقاطع ضخیم‌تر سطح این تنش ها می‌تواند در سطح تنش تسلیم فلز بوده و توزیع پیچیده‌ای همراه داشته باشد . بنابراین ، بطور کلی تنش های پسماند جوشی ، کم یا بیش سه بعدی بوده ، به ویژه اینکه اتصال جوشی در سه جهت عمود به هم مهار شده باشد .

تنش های پسماند جوش معمولاً روی خواص استحکامی استاتیکی قطعه و یا شکست پلاستیکی (Plastic  Collapse) آن اثر قابل توجهی نداشته و لیکن چنانچه چقرمگی جوش پایین باشد ، امکان ترک خوردگی وجود داشته و این تنش ها می‌توانند به تنهایی باعث شکست موضعی یا کامل قطعه شوند . بی‌مناسبت نخواهد بود چنانچه اشاره شود که در بعضی از سوانح بزرگ در سازه‌های جوش ( ریزش کامل پلهای فلزی و یا دونیم شدن کشتیهای تولید شده با اتصالات جوشی )‌ تنش های پسماند جوش مهمترین عامل سانحه بوده‌اند. تنشهای پسماند (‌طولی)‌ جوش در اتصالات نازک فلزی می‌توانند منجر به کمانش پوسته (Buclkling) سازه شوند. تنش های پسماند جوش همچنین می‌توانند موجب کاهش خواص استحکام و خستگی اتصالات مربوطه شده و در این رابطه بهتر است که طول مسیر جوش حداقل بوده و اتصال جوشی طوری طراحی شود که در محلهای دور از محلهای مرکز تنش و یا حتی‌المقدور در محلهایی با تنش های فشاری قرار گیرد .

 بطور خلاصه می‌توان از عوامل زیر به عنوان مهمترین عوامل در تشکیل تنشهای پسماند جوش نام برد .

۱- حرارت دادن موضعی و غیر همگون

۲- تغییر شکل ( کرنش ) حرارتی

۳- وابستگی تنش تسلیم  فلز به درجه حرارت

۴- درجه مهار یا ممانعت قطعه کار

فصل دوم

 مقدمه ای بر تنش زدایی ارتعاشی

 تنشهای پسماند بوجود آمده در مراحل و عملیات های مختلف ساخت سبب افزایش سطح تنش در قطعات در حین کار و حساس تر شدن قطعات و ایجاد ترک می شوند. ایجاد اعوجاج در فریم ها و پایه های ماشین ها و ناپایداری ابعاد نیز از اثرات نامطلوب تنش های پسماند هستند. سرد شدن غیر یکنواخت قطعات در هنگام جوشکاری باعث می شود که شکل و ابعاد قطعه تغییر کند. در تنش زدایی عموماً یکی یا هر دو هدف زیر مورد نظر است:

۱٫ پایداری ابعادی قطعه در یک مدت زمان طولانی

معمولا درصد کمی کاهش تنش های پسماند برای رسیدن به پایداری مطلوب کافی است.

۲٫ تحمل بارهای متناوب

برای آنکه قطعات بتوانند بارهای متناوب را به خوبی تحمل کنند سطح تنش های پسماند می بایست تقریبا صفر شود.

عموماً از روشهای حرارتی برای تنش زدایی استفاده می شود. در این حالت با بالا بردن دمای قطعه تا آنجاییکه تنش تسلیم ماده مورد نظر در آن دما بسیار پایین باشد بخش اعظمی از ماده پلاستیک شده و سپس با نگهداشتن قطعه در این دما و بعد از آن سرد کردن تدریجی آن تا رسیدن به شرایط اتاق باز می گردانند. در مورد فولادها با رساندن دمای قطعه به ۵۱۰ تا ۵۷۰ درجه سانتیگراد و نگاه داشتن قطعه به مدت یک ساعت ۶۰ تا ۸۵ درصد تنشهای پسماند آزاد می شوند. باید دقت داشت که عمل سرمایش آرام و تدریجی باشد تا از ایجاد تنش های پسماند که به دلیل وجود گرادیان های دمایی بوجود آمده اند جلوگیری شود.

۲- ۱ اصول حاکم بر تنش زدایی ارتعاشی

تنش زدایی با استفاده از تغییر شکل پلاستیک؛ می توان در دمای اتاق با استفاده از اعمال تنش خارجی در ناحیه ای که تنش پسماند به وجود آمده است رسید. مقدار این تنش اعمالی باید چنان باشد که جمع جبری تنش ها از تنش تسلیم ماده تشکیل دهنده قطعه در دمای اتاق بیشتر باشد. پس از حذف تنش های خارجی سطح تنش های پسماند کاهش می یابد. مکانیزمی که شرح داده شد اساس کار روش تنش زدایی ارتعاشی است.

سازه های واقعی دارای توزیع تنش بسیار پیچیده ای هستند و اعمال بارهایی که به اندازه کافی بزرگ باشند تا تنش زدایی مؤثر باشد ، مشکل و عملاً غیر ممکن است. این بارها می بایست در موقعیت های مناسب و با دقت به سازه وارد شوند تا اثر مطلوبی ارائه دهند. به دلیل آنکه جابجایی و کرنش های بزرگ یک سازه در حالت رزونانس قابل دستیابی است، در این حالت به مقادیر کمی نیرو برای تحریک سازه نیاز است ؛ ارتعاش کنترل شده سازه راه حل بسیار مناسبی برای بارگذاری یک سازه با یک فرم کاملاً پیچیده است.

توجه به نکات ذیل در تنش زدایی ارتعاشی ضروری است :

۱٫ اگر هدف اولیه ، تنها کنترل پایداری ابعادی قطعه باشد نیاز نیست تا تمام تنشهای پسماند از میان بروند.

۲٫ شکل های مد ارتعاشی سازه باید تعیین شوند و برای بدست آوردن توزیع یکنواخت کرنش مدهای بالاتر باید تحریک شوند.

۳٫ جمع جبری مقدار کرنش خارجی و کرنش پسماند باید از حد تسلیم بالاتر رود.

۲-۲ بررسی اقتصادی و کاربردی

70,000 ریال – خرید نهایی کردن خرید مورد به سبد خرید اضافه شد

 جهت دریافت و خرید متن کامل مقاله و تحقیق و پایان نامه مربوطه بر روی گزینه خرید انتهای هر تحقیق و پروژه کلیک نمائید و پس از وارد نمودن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت های عضو شتاب قادر به پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت آنلاین به صورت خودکار  لینک دنلود مقاله و پایان نامه مربوطه فعال گردیده که قادر به دنلود فایل کامل آن می باشد .