بررسي ميكرومكانيكي شكست در چدن نشكن

چكيده چدن نشكن به دليل استحكام مناسب، سهولت در ريخته¬گري و قيمت ارزان، كاربرد گسترده¬اي در صنايع گوناگون دارد. تاكنون تحقيقات بسيار گسترده¬اي بر روي خواص انواع چدن نشكن انجام شده است. در اين رساله به بررسي ميكرومكانيكي شكست در چدن نشكن فريتي با مكانيزم شكست نرم و چدن نشكن پرليتي با مكانيزم شكست ترد پرداخته شده است. ريزساختار چدن نشكن فريتي و پرليتي به طور كامل مطالعه شده است و پارامترهاي توصيف¬كننده ريزساختار ماده كه در نتايج تحليل‎هاي ميكرومكانيكي و نيز مكانيزم شكست چدن نشكن نقش عمده¬اي ايفا مي‎كنند، استخراج شده است. سپس سلول واحد مناسب كه بيشترين انطباق با پارامترهاي ريزساختار چدن نشكن را دارا باشد، تعيين شده است. با استفاده از آزمون‎هاي نانوسختي و نانوخراش، خواص الاستيك-پلاستيك فازهاي مختلف چدن نشكن استخراج شده است. از روش اصلاح شده اليور-فار براي استخراج مدول يانگ استفاده شده است. با استفاده از نتايج شبيه¬سازي اجزاي محدود نانوسختي و با انجام فرايند بهينه¬سازي، منحني سخت¬شوندگي كرنش (قانون تواني) براي فاز‎هاي مختلف چدن نشكن استخراج شده است. همچنين با انجام آزمون نانوسختي و تحليل اجزاي محدود آن، خواص در فصل مشترك بين دانه گرافيت و زمينه فريتي پيرامون آن مطالعه شده است. نتايج حاكي از آن است كه ضخامت لايه فصل مشترك اين دو فاز بسيار كوچك مي‎باشد و خواص فازهاي گرافيت و فريت در نزديكي فصل مشترك، مشابه با خواص اصلي اين فازها مي‎باشد. يك روش جديد براي استخراج همزمان منحني تنش-كرنش فازهاي فريت و پرليت و نيز پارامترهاي مدل مادي گرسون (GTN) ارائه شده است. با انجام تحليل‎هاي ميكرومكانيكي سلول واحد در حالت‎هاي كششي و فشاري، و انجام بهينه¬سازي عددي، منحني تنش-كرنش فازهاي فريت و پرليت استخراج شده است. با انجام آزمون‎هاي تجربي بر روي نمونه‎هاي ساده و شياردار تنش صفحه¬اي، كرنش صفحه¬اي، تقارن محوري و نمونه‎هاي شكست، تابع آسيب چدن نشكن فريتي استخراج شده است. كرنش شكست چدن نشكن فريتي براي مقادير مختلف نسبت سه محورگي تنش و پارامتر لود استخراج شده است. همچنين، با انجام تحليل‎هاي ميكرومكانيكي سلول واحد سه¬بعدي، تابع آسيب چدن نشكن به صورت تحليلي استخراج شده است. تاثير حضور دانه گرافيت در بارگذاري‎هاي با نسبت سه محورگي كوچك، مطالعه شده است. حضور دانه گرافيت سبب كاهش كرنش شكست در حالت‎هاي تنش با نسبت سه محورگي كوچك مي‎شود. قانون چسبناك حاكم بر فاز فريت و چدن نشكن فريتي براي حالت‎هاي مختلف تنش استخراج شده است. تحليل ميكرومكانيكي شكست نرم چدن نشكن فريتي با مدلسازي صريح حفره‎ها، براي چيدمان‎هاي مختلف دانه‎هاي گرافيت انجام شده است. از تئوري احتمالي ضعيف-ترين پيوند به كمك توزيع تنش ويبول براي پيش¬بيني رفتار شكست ترد چدن استفاده شده و نتايج حاصله با مقادير تجربي و عددي مقايسه شده¬اند. توزيع احتمالي شكست در چدن نشكن پرليتي ارتباط مستقيم با توزيع اندازه دانه‎هاي گرافيت دارد. اين ارتباط با استفاده از روابط توزيع ويبول تعيين شده است. واژه‌هاي كليدي: چدن نشكن، شكست نرم، ميكرومكانيك، نانوسختي و نانوخراش، مدل احتمالي شكست ترد

189033

دانشگاه علم و صنعت ايران

طراحي كاربردي

دكتر مجيدرضا آيت اللهي