مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مدل سازی ریاضی توزیع تنش های پسماند جوش محیطی لوله کم آلیاژ استحکام بالا خطوط انتقال گاز

نویسندگان
مجید سبک روح 1
محمدرضا فراهانی 2
1 دانشکده مهندسی، مرکز آموزش عالی محلات، محلات، ایران
2 دانشیار دانشکده مهندسی مکانیک، پردیس دانشکده های فنی، دانشگاه تهران
چکیده
در این مقاله، توزیع تنش پسماند در دو راستای محیطی و محوری در مجاورت درز جوش محیطی لوله فولادی انتقال گاز بررسی گردید. ابتدا دو لوله فولادی با قطر خارجی 56 اینچ به صورت سر به سر جوشکاری شد. آزمون کرنش سنجی سوراخ برای اندازه گیری کرنش روی سطح خارجی لوله انجام گردید و مقادیر تنش پسماند با استفاده از نتایج کرنش بر اساس استاندارد ASTM 837 تعیین شد. سپس توزیع تنش پسماند با استفاده از توابع چند جمله ای و اسپلاین ارزیابی گردید. خوش رفتاری منحنی های چند جمله ای مراتب بالا و اسپلاین، صحت نتایج آزمون تجربی تنش پسماند را تایید می نمایند. نتایج نشان می دهد چند جمله ای های درجه پایین تر رفتار مناسب تری در توزیع تنش های پسماند جوشکاری دارند. بنابر این عدم امکان استفاده از آزمون نیمه مخرب کرنش سنجی سوراخ در شرایط واقعی پروژه، می توان از این منحنی ها در بررسی و تخمین توزیع تنش های پسماند جوشکاری های مشابه استفاده کرد. پایدارترین منحنی تقریب چند جمله ای برای ارزیابی توزیع تنش پسماند محیطی و محوری به ترتیب برابر با مراتب 3 و 2 می باشد. نزدیکی و همواری منحنی توزیع تنش پسماند محوری نسبت به منحنی توزیع تنش پسماند محیطی نشان دهنده رفتار متعادل تر توزیع این تنش ها است.
کلیدواژه‌ها
تنش پسماند
جوش محیطی لوله
آزمون کرنش سنجی سوراخ
فولاد کم آلیاژ استحکام بالا
توابع چند جمله ای و اسپلاین

موضوعات

عنوان مقاله English

Mathematical modeling of residual stress distribution in girth welding of high strength low alloy steel gas pipelines

نویسندگان English

Majid Sabokrouh 1
Mohammadreza Farahani 2
1 Faculty of Engineering, Mahallat Institute of Higher Education, Mahallat, Iran
2 Associate Professor,School of Mechanical Engineering, College of Engineering, University of Tehran
چکیده English

In this paper, the numerical distribution of residual stresses in the girth weld were determined in two (hoop an axial) direction. Two API X70 steel pipes of 56 inch outside diameter were girth welded first. Hole drilling strain gage test were conducted for strain measurement on the external surface of the pipes. The values of residual stresses were determined then from strain data using ASTM 837 standard. The values of residual stresses were determined. Next, distribution of residual stresses were assessed using spline and approximating polynomials. The well-behaved spline and polynomials, confirm the accuracy of residual stress results from experiment. The result showed lower-order polynomials have more suitable behavior in residual stress distribution. Noting to impossibility of using semi-destructive hole drilling strain gage test in project’s real situations, we can make use of these curves in assessing and estimating residual stresses distribution of similar welding. The most stable polynomial estimation curves for evaluating hoop and axial residual stress distribution are respectively third and second order. The closeness and uniformity of axial residual stress distribution curve compared to the hoop residual stress distribution curve is representative of more balanced behavior of these stresses distribution.

کلیدواژه‌ها English

Residual Stress
Pipe girth welding
Hole drilling strain gage test
HSLA
Spline and approximating polynomials
[1] G. Heidarinejad, H. Pasdarshahri, K. Mazaheri, Evaluation of induced-flow in two-room compartment fire using large eddy simulation, Modares Mechanical Engineering, Vol. 13, No. 4, pp. 74-85, 2013. (in Persianفارسی )
[1] S. H. Hashemi, D. Mohamaadyani, Characterisation of weldment hardness, impact energy and microstructure in API X65 steel, International Journal of Pressure Vessels and Piping, Vol. 98, pp. 8-15, 2012.
[2] S. H. Hashemi, D. Mohamaadyani, M. Pouranvari, S. M. Mousavizadeh, On the relation of microstructure and impact toughness characteristics of DSAW steel of grade API X70, Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures, Vol. 32, pp. 33-40, 2009.
[3] A. Fragiel, R. Schouwenaarf, R. Guardián, R. Perez, Microstructural characteristics of different commercially available API 5L X65 steels, Journal of New Materials for Electrochemical Systems, Vol. 8, pp. 115-119, 2005.
[4] F. B. Pickering, The spectrum of microalloyed high strength low alloy steels in HSLA steels technology and applications, International Conference on Technology and Applications of HSLA Steels, Philadelphia, 1983.
[5] T. Goldman, New joining technology for metal pipe in the construction industry, Construction Industry Institute & Break- through Strategy Committee, Texas, pp. 1-25, 2003.
[6] M. C. Zhao, K. Yang, Y. Shan, The effects of thermo-mechanical control process on microstructures and mechanical properties of a commercial pipeline seel”, Materials Science and Engineering, Vol. 335, pp. 14-20, 2002.
[7] W. W. Bose-Filho, A. L. M. Carvalho, M. Strangwood, Effect of alloying elements on the microstructure and inclusion formation in HSLA multipass welds, Materials Characterization, Vol. 58, pp. 29-39, 2007.
[8] R. H. Leggatt, Residual stresses in welded structures, International Journal of Pressure Vessels and Piping, Vol. 85, pp. 141-151, 2008.
[9] R. P. G. Bouchard, Validated residual stress profiles for fracture assessments of stainless steel Pipe Girth Welds, International Journal of Pressure Vessels and Piping, Vol. 84, pp. 195-222, 2007.
[10] B. Brickstad, B. L. Josefson, A parametric study of residual stresses in multi-pass butt-welded stainless, International Journal of Pressure Vessels and Piping, Vol. 75, pp. 11-25, 1998.
[11] S. S. Rao, Engineering Optimization Theory and Practice, Fourth Edition, pp. 85-118, New Jersey : Wiley, 2009.
[12] K. Lee, Principles of CAD/CAM/CAE Systems, First Edition, pp. 108-132, Addison Wesley: Reading, MA, 1999.
[13] D. Montgomery, E. Peck, G. Vining, Introduction to Linear Regression Analysis, Fifth Edition, pp. 65-83, New Jersey : Wiley, 2012.
[14] S. Weisberg, Applied Linear Regression, Third edition, pp. 91-101, New Jersey : Wiley, 2005.
[15] M. Law, H. Prask, V. Luzin, T. Gnaeupel-Herold, Residual stress measurements in coil, linepipe and girth welded pipe, Materials Science and Engineering, Vol. 437, pp. 60-63, 2006.
[16] G. Ruibin, Z. Yiliang, X. Xuedong, S. Liang, Y. Yong, Residual stress measurement of new and In-Service X70 pipelines by X-ray diffraction method, NDT&E International, Vol. 44, pp. 397-393, 2011.
[17] S. H. Hashemi, M. Sabokrouh, M. R. Farahani, Investigation of welding in multi-pass girth welding of thermomechanical steel pipe, Modares Mechanical Engineering, Vol. 13, No. 4, pp. 60-73, 2013. (in Persianفارسی )
[18] M. Sabokrouh, S. H. Hashemi, M. R. Farahani, Experimental study of the weld microstructure properties in assembling of natural gas transmission pipelines, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, Vol. 231, No. 6, pp. 1039-1047, 2017.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 18، شماره 7
آبان 1397
صفحه 226-232