مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

ارزیابی مدل های مختلف سختی در بررسی رفتارتغییرشکل‌های پیش‌رونده اتصالات سه‌راهی با نسبت قطر به ضخامت مختلف

نویسندگان
سید جاوید زکوی 1
بابک ملک زاده 2
الیاس شایسته نیا 2
بهزاد شیرعلی وند 3
1 استاد/دانشگاه محقق اردبیلی
2 مهندسی مکانیک، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل
3 دانشگاه محقق اردبیلی
چکیده
در این تحقیق، رفتار کرنش‌های پیش‌رونده دراتصالات سه‌راهی تحت اثر ممان‌های دینامیکی مورد ارزیابی قرارگرفته است. مدل های سختی سینماتیکی غیرخطی چابوشی و ترکیبی آرمسترانگ- فردریک همراه با قانون سخت شوندگی ایزوتروپیکی جهت بررسی رفتار پلاستیک لوله های سه‌راهی به کاررفته است. با استفاده از روش عددی و مدل سازی سه راهی های مورد نظر، نتایج روش عددی با نتایج تجربی و نتایج عددی آرمسترانگ- فردریک مقایسه شده اند. پارامترهای ثابت مدل سخت شوندگی و داده های تنش- کرنش با استفاده از سیکل های پایدار شده نمونه های تحت آزمون کرنش متقارن به روش تجربی بدست آمده اند. هر دو نتایج عددی و تجربی نشان می دهدکه مقدار حداکثر کرنش تغییرشکل‌های پیش‌رونده در محل اتصال لوله‌های سه‌راهی در جهت محیطی رخ می‌دهد. با بالا رفتن ممان‌های اعمال‌شده، میزان انتقال کرنش های پیش‌رونده نیز بیشتر می‌شود. نتایج نشان می دهد که نرخ کرنش های پیش رونده در ابتدا کم و با افزایش سیکل ها افزایش می‌ یابد. در نمونه BMS1 نتایج عددی با استفاده از مدل سختی سینماتیکی چابوشی در مقایسه با دو مدل سختی آرمسترانگ- فردریک و مدل ترکیبی به نتایج تجربی نزدیک می باشد. در نمونه های BMS2 و BMS3 نتایج حاصل از هر دو مدل سختی شابوشی و ترکیبی در مقایسه با مدل سختی آرمسترانگ – فردریک پیش بینی مناسب و تا حدودی مشابه هم نسبت به نتایج تجربی از خود نشان می دهند. در واقع نرخ انباشتگی کرنش های پیش‌بینی شده توسط مدل آرمسترانگ-فردریک در همه نمونه ها در مقایسه با نتایج تجربی فراتخمین می باشد.
کلیدواژه‌ها
تغییرشکل‌های پیش‌رونده
لوله های سه‌راهی
مدل سخت‌شوندگی
فولاد کربنی ساده

عنوان مقاله English

Evaluation of several hardening models in the ratcheting behavior of piping branch with Different diameter/thickness ratios

نویسندگان English

Seyed Javid Zakavi 1
Babak Malekzadeh 2
elyas shayestehnia 2
behzad shiralivand 3
1 Department of Mechanical Engineering, Mohaghegh Ardabili University, Ardabil, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Mohaghegh Ardabili University, Ardabil, Iran
3 Department of Mechanical Engineering, Mohaghegh Ardabili University, Ardabil, Iran
چکیده English

In this study, the strain ratcheting behavior of piping branch under the influence dynamic bending moments are evaluated. The Chaboche nonlinear kinematic hardening model and combined Armstrong-Fredrick model with isotropic rule are used to predict the plastic behavior of the piping branches. The results of FE method by using the hardening models have been compared with the results of the experimental method and Armstrong-Fredrick kinematic hardening results. The constant parameters of the hardening model and stress-strain data have been obtained from several stabilized cycles of specimens that are subjected to simulated seismic bending cycles. Both the FE and experimental results showed that the maximum strain ratcheting occurred on the flanks in the piping branch hoop stress direction just above the junction. The ratcheting strain rate increases with increase of the dynamic moment levels. The FE results show that initial rate of ratcheting is large and then it decreases with the increasing of loading cycles. In BMS1 sample, the FE hoop strain ratcheting data by using chaboche nonlinear kinematic hardening model comparing with the other hardening models to be near that found experimentally values. In BMS2 and BMS3 components, the FE hoop strain ratcheting data by using chaboche nonlinear kinematic hardening model and combined hardening model comparing with the A-F hardening model to be near that found experimentally values. The hoop strain ratcheting rate by Armstrong-Fredrick model gives overestimated values comparing with the experimental data.

کلیدواژه‌ها English

Ratcheting
Piping branch
Hardening model
Carbon steel
[1] H. Edmunds, F. Beer, Notes on incremental collapse in pressure vessel. International journal of Mechanical Engineering Science, Vol. 3, No. 3, pp. 187-193, 1961.
[2] E. M. Beaney, Measurement of dynamic response and failure at pipe work, Strain, Vol. 27, No. 3, pp. 89-94, 1991.
[3] J. L. Chaboche, On some modifications of kinematic hardening to improve the description of ratcheting effects, International Journal of Plasticity, Vol. 7, No. 7, pp. 661-678, 1991.
[4] D. N. Moreton, The ratcheting of a cylinder subjected to internal pressure and alternating axial deformation, Journal of Strain Analysis, Vol. 28, No. 4, pp. 277-282, 1993.
[5] K. Yahiaoui, D. G. Moffat, D. N. Moreton, Response and cyclic strain accumulation of pressurized piping elbows under dynamic in-plane bending, Journal of Strain Analysis, Vol. 31, No. 2, pp. 135-151, 1996.
[6] F. L. Yoshida, A constitutive model of cyclic plasticity, International journal of Plasticity, Vol. 16, No. 3-4, pp. 359-380, 2000.
[7] Xu. Chen, B. Gao, G. Chen, Ratcheting study of pressurized elbows subjected to reversed in-plane bending, Journal of Pressure Vessel Technology, Vol. 128, No. 4, pp. 525-532, 2006.
[8] M. Rahman, T. Hassan, E. Corona, Evaluation of cyclic plasticity models in ratcheting simulation of straight pipes under cyclic bending and steady internal pressure, International Journal of Plasticity, Vol. 24, No. 10, pp. 1756 –1791, 2008.
[9] Xi. Chen, Xu. Chen, D. Yu, B. Gao, Recent progresses in experimental investigation and finite element analysis of ratcheting in pressurized piping, International Journal of Pressure Vessels and Piping, Vol. 101, pp. 113-142, 2013.
[10] S. Vishnuvardhan, G. Raghava, P. Gandhi, M. Saravanan, Ratcheting failure of pressurized straight pipes and elbows under reversed bending, International Journal of Pressure Vessels and Piping, Vol. 105-106, pp. 79- 89, 2013.
[11] M. Foroutan, G. R. Ahmadzadeh, A. Varvani-Farahani, Axial and hoop ratcheting assessment in pressurized steel elbow pipes subjected to bending cycles, Thin-Walled Structures, Vol. 123, pp. 317-323, 2018
[12] X. Chen, Xu Chen, Study on ratcheting effect of pressurized straight pipe with local wall thinning using finite element analysis, International Journal of Pressure Vessels and Piping, Vol. 139–140, pp 69-76, 2016
[13] M. D. Palma, Modelling of cyclic plasticity for austenitic stainless steels 304L, 316L, 316L(N)-IG, Fusion Engineering and Design, Vol. 109–111, Part A, pp. 20-25, 2016
[14] K. Yahiaoui, D. G. Moffat, D. N. Moreton, Single frequency seismic loading tests on pressurized branch pipe intersections machined from solid, Journal of Strain Analysis, Vol. 28, No. 3, pp. 197-207, 1993.
[15] X. Lu, Influence of Residual Stress on Fatigue Failure of Welded Joints, PhD Thesis, North Carolina State University, 2003.
[16] S. J. Zakavi, M. Zehsaz, M. R. Eslami, The ratcheting behavior of pressurized plain pipework subjected to cyclic bending moment with the combined hardening model, Nuclear Engineering and Design, Vol. 240, No. 4, pp. 726-737, 2010.
[17] H. Tasnim, S. Kyriakides, Ratcheting in cyclic Plasticity, part I: uniaxial behavior, International Journal of Plasticity, Vol. 8, No. 1, pp. 91–116, 1992.
[18] G. DeGrassi, C. Hofmayer, A. Murphy, K. Suzuki, Y. Namita, non-linear pre-test seismic analysis for the NUPEC ultimate strength piping test program, SMIRT 17, Prague, Czech Republic, 2003.
[19] T. Hassan, Y. Zhu, V. C. Matzen, Improved ratcheting analysis of piping components, International Journal of Pressure Vessels and Piping, Vol. 75, No. 8, pp. 643–652, 1998.
[20] S. C. Kulkarni, Y. M. Desai, T. Kant, G. R. Reddy, Y. Parulekar, K. K. Vaze, Uniaxial and biaxial ratcheting studies of SA 333 Gr. 6 at room temperature, International Journal of Pressure Vessels and Piping, Vol. 80, No. 3, pp. 179–185, 2003.
[21] J. L. Chaboche, D. Nouailhas, Constitutive modeling of ratcheting effectspart I: Experimental facts and properties of the classical models, Journal of Engineering Material and Technology-transactions of The Asme, Vol. 111, pp. 384, 1998.
[22] W. Prager, A new method of analyzing stresses and strains in workhardening plastic solids, Journal of Applied Mechanics, Vol. 23, pp. 493- 496, 1956.
[23] P. J. Armstrong, C. O. Frederick, A mathematical representation of the multi axial Bauschinger effect, CEGB Report RD/B/N 731, Central Electricity Generating Board, Materials at High Temperatures, Vol. 24, No. 1, pp. 1-26, 2007.
[24] J. L. Chaboche, A review of some plasticity and viscoplasticity constitutive theories, International Journal of Plasticity, Vol. 24, No. 10, pp. 1642-1693, 2008.
[25]S. J. Zakavi, V. Golshan, The effect of dynamic bending moments on the ratcheting behavior of stainless steel pressurized piping elbows, International Journal of Mechanical Engineering and Application, Vol. 2, No. 2, pp. 31- 37, 2014.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 18، شماره 2
اردیبهشت 1397
صفحه 201-208