مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تجربی فرکانس‌های طبیعی نمونه‌های شیاردار متجانس و نامتجانس از جنس فولاد ای‌پی‌آی-‌ایکس‌شصت‌و‌پنج در آزمایش ضربه سقوطی کم‌سرعت

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
حامد خسروی خور
سید حجت هاشمی
مهدی راغبی
دانشگاه بیرجند
چکیده
هدف این مقاله بررسی تجربی فرکانس‌های طبیعی نمونه­های شیاردار متجانس و نامتجانس ماشین‌کاری شده از لوله واقعی با جوشکاری مارپیچ از جنس فولاد API X65 با استفاده از آزمایش ضربه سقوطی کم‌سرعت مجهز به شتاب‌سنج است. آزمایش طبق استاندارد API 5L انجام شد. نمونه‌ متجانس، بدون درز جوش و فقط شامل فلز پایه است، درحالیکه نمونه نامتجانس شامل درز جوش طولی بوده و در مقطع عرضی نمونه سه ناحیه فلز پایه، ناحیه متاثر از حرارت و ناحیه جوش وجود دارد. نمونه‌های مورد آزمایش در پژوهش حاضر تحت ضربه‌ کم‌سرعت چکش در بخش میانی آنها بدون تغییر شکل پلاستیک قرار گرفت. داده‌های آزمایشگاهی (ولتاژ-زمان) با استفاده از تبدیل فوریه از حوزه زمان به حوزه فرکانس منتقل و با فیلتر پایین‌گذر باترورث نوسان‌های اضافی از سیگنال فرکانسی حذف شد. با افزایش ارتفاع سقوط چکش، فرکانس طبیعی در نمونه‌ها تقریبا ثابت است. فرکانس طبیعی در نمونه نامتجانس کمتر از نمونه متجانس می­باشد. با داشتن اطلاعات در مورد فرکانس طبیعی می­توان از پدیده مخرب تشدید در آزمایش اصلی (شکست کامل نمونه) جلوگیری کرد. همچنین با استفاده از نتایج آزمایش تجهیز شده ضربه سقوطی کم‌سرعت و دانستن فرکانس‌ طبیعی، ‌می‌توان ضریب شدت تنش دینامیکی نمونه را تعیین نمود.
کلیدواژه‌ها
آزمایش ضربه سقوطی کم سرعت
فرکانس طبیعی
فولاد API X65
فیلتر پایین گذر باترورث

موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental study of natural frequencies of notched homogeneous and inhomogeneous specimens made of API X65 steel in low-blow drop weight test

نویسندگان English

Hamed Khosravi Khor
Sayyed Hashemi
Mahdi Raghebi
University of Birjand
چکیده English

The purpose of this paper is to experimentally investigate the natural frequencies of notched homogeneous and inhomogeneous specimen made from API X65 steel. The specimens cut from spiral welded pipe, tested on an equipped low blow drop weight tester with accelerometer. The tests were performed according to the API 5L standard. The homogeneous specimen was seamless and included only the base metal, while the inhomogeneous specimen included the weld seam and three zones of base metal, heat affected zone and weld. In the present study the specimens were subjected to hammer low blow in the middle without plastic deformation. The laboratory data (voltage-time) were transferred from time to frequency domain using Fourier transformation and the imposed oscillations were removed from the frequency signal by the Butterworth low pass filter. As the hammer drop height increased, the natural frequency in the specimens was almost constant. The natural frequency in the inhomogeneous specimen was less than the homogeneous specimen. Having information about the natural frequency, it is possible to prevent the destructive phenomenon of resonance in the main test (complete fracture of the specimen). Also, using the results of equipped low blow drop weight test and knowing the natural frequency, the dynamic stress intensity factor of the test specimen can be determined.

کلیدواژه‌ها English

Low Blow Drop Weight Test
natural frequency
API X65 steel
Low Pass Butterworth Filter
[1] S.H. Hashemi (2009) Correction factor for safe performance of API X65 pipeline steel. Journal of Pressure Vessels and Piping, vol. 86, pp. 533-540.
[2] S.H. Hashemi, D. Mohammadyani (2012) Characterisation of weldment hadness, impact energy and microstructure in API X65steel. Journal of Pressure Vessels and Piping. Vol. 98, pp. 8-15.
[3] Standard Test Method for Drop-Weight Tear Tests of Ferritic Steels (2008) ASTM E436-03.
[4] D.L. Rudland, G.M. Wilkowski, Z. Feng, Y.Y. Wang, D. Horsley, A. Glover (2003) Experimental investigation of CTOA in linepipe steels, Engineering Fracture Mechanics, pp. 567–577.
[5] S.H. Hashemi (2011) Strength–hardness statistical correlation in API X65 steel. Materials Science and Engineering, pp. 1648-1655.
[6] P.S. Yu, C.Q. Ru (2016) Analysis of energy absorptions in drop-weight tear tests of pipeline steel. Engineering Fracture Mechanics, Vol. 160, pp. 138-146.
[7] J. Fang, J. Zhang, L. Wang (2014) Evaluation of cracking behavior and critical CTOA values of pipeline steel from DWTT specimens. Engineering Fracture Mechanics, 124-125, 18–29.
[8] A. Shtrenlikht, S. H. Hashmi, J. R. Yates, I. C. Howard, and R. M. Andrews (2005) Assessment of An Instrumented Charpy Impact Machine. International Journal of Fracture, vol. 132, pp. 81-97.
[9] Nash, G.E. (1971) Bending deflections and moments in a notched beam. Engineering Fracture Mechanics. 3(2), 139–150.
[10] S. H. Hashemi (2011) Design and Manufacture of Drop Weight Tear Testing Machine Equipped with Accelerometer for Measurement of Fracture Energy in High-strength Gas Pipeline Steels. Final Report (Research Project), University of Birjand, Birjand, Iran.
[11] E. Fathi-Asgarabad, S. H. Hashemi (2020) Experimental measurement and numerical evaluation of fracture energy in drop weight tear test specimen with chevron notch on API X65 steel. Modares Mechanical Engineering, Vol. 20, No. 5, pp. 1145-1156.
[12] F. Jiang, A. Rohatgi, K. S. Vecchio and J. L. Cheney (2004) Analysis of the dynamic responses for a pre-cracked three-point bend specimen. International Journal of Fracture 127: 147–165.
[13] K. Kishimoto, S. Aoki and M. Sakata (1980) Simple Formula for Dynamic Stress Intensity Factor of Pre-Cracked Charpy Specimen. Engineering Fracture Mechanics, vol 13, pp. 501-508.
[14] J. A. Loya, L. Rubio, and J. Fernandez-Saez (2006) Natural Frequencies for Bending Vibrations of Timoshenko Cracked Beams. Journal of Sound and Vibration, 290, 640–653.
[15] D. Kammler (2000) A First Course in Fourier Analysis. Prentice Hall, ISBN 978-0-13-578782-3.
[16] American Petroleum Institute (2013) API specifications 5L, specifications for line pipe. 43rd ed: 1-192.
[17] American Petroleum Institute (1996) API RP 5L3 Recommended Practice Conducting Drop-Weight Tear Test on Line Pipe. 3rd ed. Washington DC. 1-9.
[18] KISTLER K-Shear Accelerator Catalogue (2015) Type 8742A.
[19] A. A. Majidi-Jirandehi, S. H. Hashemi (2019) Weld metal fracture characterization of API X65 steel using drop weight tear test. Materials Research Express, 6, 016552.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 20، شماره 12
آذر 1399
صفحه 2721-2731