---

اطمینان از یکپارچگی اتصالات جوشی (از نوع محیطی یا سر به سر) در صنعت انتقال گاز طبیعی بوسیله لوله های قطور فولادی مستلزم تعیین تجربی خصوصیات فولاد پایه و ویژگی های درز جوش بوسیله آزمون های مخرب و غیر مخرب می باشد. در این مقاله خصوصیات جوش چند پاسه محیطی، ناحیه متاثر از حرارت و فلز پایه در لوله فولادی از نوع درز جوش مارپیچ (با قطر خارجی ۵۶ و ضخامت دیواره ۰,۷۸۰ اینچ) به منظور مشخصه سازی خواص متالورژیکی و مکانیکی فولاد به وسیله آزمایش های کوانتومتری، متالوگرافی، کشش، ضربه و سختی سنجی مورد بررسی قرار گرفت. تصاویر حاصل از آزمون متالوگرافی نشان می دهد که نواحی مختلف جوش از نظر فاز و ریز ساختار کاملا با هم متفاوت می باشند. وجود ترکیب شیمیایی متفاوت در پاس های مختلف و فازهای سخت همچون مارتنزیت (که نتیجه عملیات حرارتی غیر کنترل شده می باشد) اثر قابل توجهی بر خواص مکانیکی درز جوش و منطقه متاثر از حرارت آن دارد. نتایج آزمون سختی سنجی کمترین و بیشترین میزان سختی را به ترتیب در منطقه متاثر از حرارت و مرکز منطقه درز جوش محیطی (که کمترین سطح انرژی شارپی را نیز دارا می باشد) ارزیابی می نماید.

---

وجود ترک در بدنه لوله¬های فولادی انتقال انرژی در شرایطی که ابعاد هندسی ترک از میزان مشخصی بزرگتر شود، می¬تواند خطرناک باشد. جهت بررسی ایمنی این لوله¬ها، از نمودارهای ارزیابی آسیب استفاده می¬شود. این نمودارها دارای سه سطح هستند که در هر سه سطح، ناحیه زیر منحنی ارزیابی آسیب، ناحیه ایمن و ناحیه خارج آن غیرایمن می¬باشند. در این مقاله برای اولین بار در ایران، ایمنی لوله پرفشار انتقال گاز با ترک سطحی (نوع API X۶۵ با قطر خارجی ۴۸ اینچ) تحت فشار داخلی ثابت ۷ مگاپاسکال در دو حالت بررسی شده است. در حالت اول عمق ترک ثابت ۸ میلی¬متر و طول¬ ترک متغیر (۱۰۰، ۱۳۰، ۱۶۰، ۱۹۰، ۲۲۰، و ۲۵۰ میلی¬¬متر) و در حالت دوم ترک با طول ثابت ۱۵۰ میلی¬متر و عمق ترک متغیر (۳، ۵، ۷، ۸، ۹، و ۱۰ میلی¬¬متر) در نظر گرفته شده است. با مدل¬سازی کامپیوتری لوله ترک¬دار در نرم افزار آباکوس و استفاده از معادلات استاندارد BS۷۹۱۰، موقعیت نقاط در نمودار ارزیابی آسیب مشخص می¬شود. نتایج تحلیل حاضر نشان داد در عمق ترک ثابت ۸ میلی¬متر، طول ترک بحرانی ۲۲۰ میلی¬متر و در طول ترک ثابت ۱۵۰ میلی¬متر، عمق ترک بحرانی ۹ میلی¬متر می¬باشد.

---

با توجه به توسعه شهرنشینی و نیاز مردم به انرژی و آب، صنعت خطوط لوله نفت، گاز، آب و فاضلاب نیز پیشرفت کرده است. با توجه به احتمال عبور خطوط لوله از محل گسل‌ها در طول مسیر مطالعات ویژه جهت بررسی پاسخ خطوط لوله عبوری از گسل‌ها احساس می‌شود. مطالعه عددی حاضر پاسخ خطوط لوله فولادی مدفون تحت گسلش نرمال را مورد مطالعه قرار داده است. گسل عمود بر خط لوله بوده و در جهت قائم تغییر مکان می‌دهد که سبب ایجاد تنش‌ها و کرنش‌هایی در دیواره خط لوله می‌شود. مدل‌سازی سیستم خاک – لوله به طور دقیق با استفاده از المان‌های محدود که کرنش‌‌ها و تغییر مکان‌های بزرگ و رفتار غیر خطی مصالح را در نظر می‌گرفتند، انجام شده است. هدف از این مطالعه تعیین تغییر مکانی از گسل بود که لوله درآن دچار خرابی می‌شد و از آن می توان در طراحی خطوط لوله استفاده کرد. نتایج برای نسبت‌های مختلف قطر به ضخامت لوله در نموداری که کرنش بحرانی و تغییر مکان بحرانی گسل را نشان داده‌اند، نمایش داده شده است.

---

هیدروفرمینگ لوله فرآیندی است که در سال‌های اخیر برای تولید قطعه‌های یکپارچه و بدون درز جوش مورد توجه قرار گرفته است. پیش‌بینی عددی پارگی در این فرآیند به منظور طراحی مناسب ابزارآلات امری مهم می‌باشد. در این پژوهش، شکل‌پذیری لوله فولادی زنگ نزن۳۰۴ توسط آزمون بالج آزاد بصورت تجربی و عددی به منظور تعیین منحنی حد شکل‌دهی مورد بررسی قرار گرفت. مدل گارسون- تیورگارد- نیدلمن(GTN) یک مدل میکرومکانیکی برای پیش‌بینی شکست نرم فلزات می‌باشد. به منظور تعیین پارامترهای تعریف کننده مدل آسیب GTN، ابتدا تست کشش تجربی از نمونه استاندارد و نیز شبیه سازی اجزای محدود با استفاده از نرم افزار آباکوس انجام شد. با بکارگیری این معیار در نرم‌افزار آباکوس و مقایسه نمودار نیرو – جابجایی تست کشش تجربی و حاصل از شبیه‌سازی اجزا محدود، پارامترهای مدل GTN توسط روش معکوس بدست آورده شد. سپس با استفاده از معیار شکست نرم GTN، پارامتر‌های هندسی قالب در هیدروفرمینگ بالج آزاد بررسی گردید و نمودار حد شکل‌دهی لوله فولادی ۳۰۴ بصورت عددی بدست آمد. برای صحت سنجی نتایج شبیه‌سازی‌ اجزا محدود، آزمایش‌های تجربی نیز انجام شد که تطابق قابل قبولی را نشان می‌دهد. در نهایت بکارگیری مدل مذکور در هیدروفرمینگ قطعه T شکل بصورت عددی و تجربی مورد بررسی قرار گرفت.

---

در سال‌های اخیر شکست‌نگاری نمونه‌های فولادی آزمایش ضربه سقوطی بدلیل پیچیدگی زیاد و دارا بودن ویژگی‌های بسیار متفاوت مورد توجه محققین قرار گرفته است. در تحقیق حاضر برای نخستین بار بررسی ماکروسکوپیک (مرئی) سطح شکست نمونه حاوی درزجوش مارپیچ از جنس فولاد API X۶۵ با استفاده از آزمایش ضربه سقوطی انجام شده است. نمونه‌های آزمایشگاهی حاوی درزجوش در وسط نمونه، از لوله واقعی فولادی با قطر خارجی ۱۲۱۹ میلی‌متر و ضخامت دیواره ۱۴,۳ میلی‌متر بریده و تا ابعاد استاندارد ماشین‌کاری شد. سپس شیار اولیه شورون با هندسه V-شکل در وسط درزجوش با عمق شیار‌های مختلف (۵.۱، ۱۰ و ۱۵ میلی‌متر) ایجاد و نمونه‌ها تحت بارگذاری دینامیکی با سرعت چکش ۷ متر بر ثانیه آزمایش شد. شکست‌نگاری نمونه با عمق شیار ۵.۱ میلی‌متر (معرف رفتار شکست درزجوش) نشان داد ترک بصورت شکست مسطح از نوع تورقی (کلیواژ) درریشه شیار (محل حداکثر ضریب شدت تنش) آغاز شد. شکست ترد بلافاصله تبدیل به شکست نرم برشی شده و با انحراف به یک سمت نمونه به‌مقدار زیاد در ناحیه متاثر از حرارت ادامه یافت و سپس درانتهای آزمایش وارد ناحیه فولاد پایه شد. در ناحیه شکست نرم برشی، لایه لایه شدن طولی فولاد تقریبا به موازات مسیر رشد ترک وجود دارد. در منطقه ضربه چکش نیز لبه‌های برشی وشکست معکوس مشاهده می‌شود. با محاسبه مساحت شکست نرمبرشیبالای ۹۵ درصد، مطابق روابط موجود در استاندارد مشخص شد این شکست مکانیزم غالب در نمونه آزمایش شده بوده و این فولاد برای کاربرد در لوله‌های پرفشار انتقال گاز طبیعی مناسب است.

---

لوله های فولادی پر شده با بتن امروزه بصورت گسترده ای در بسیاری از سازه ها مورد استفاده قرار گرفته اند. در این نوع مقاطع کمانش موضعی رو به بیرون سبب افت در میزان محصورشدگی، شکل پذیری و مقاومت نهایی خواهد شد.  در این مقاله سعی شده است با انجام مطالعات آزمایشگاهی اثر فشار جانبی را در بهبود رفتار لوله های فولادی پر شده با بتن (CFT) ارزیابی نماید و امکان استفاده از این نوع مقاطع مرکب را در ساخت و مقاوم سازی سازه های دریایی مورد بررسی قرار دهد. به همین منظور دستگاه اعمال فشار جانبی توسط مولفین طراحی و پارامترهایی نظیر فشار جانبی، مقاومت بتن و نسبت قطر به ضخامت (D/t) لوله های فولادی آزمایش شدند. کلیه نمونه ها دارای قطر ثابت ۱۰۰ میلیمتر و ارتفاع ۲۵۰ میلیمتر بوده و با بتن معمولی پر شده اند. با توجه به تاثیر مثبت فشار جانبی روی مقاومت نهایی نسبت قطر به ضخامت در برخی از نمونه ها بیش از مقادیر پیشنهاد شده در آیین نامه ها در نظر گرفته شدند. نتایج آزمایشگاهی با روابط ارائه شده در آیین نامه های یوروکد ۴ و آیین نامه AISC مقایسه شدند. نتایج آزمایش ها بیانگر اثر قابل توجه فشار جانبی روی مقاومت نهایی نمونه های CFT بوده است. 
 

---

تنش‌های پسماند ناشی از جوشکاری باعث کاهش تنش طراحی در خطوط لوله قطور و پر فشار انتقال گاز طبیعی می‌شود. لوله مورد بررسی از نوع API X۷۰ با قطر خارجی و ضخامت ۱۴۲/۳ و ۱/۹۸سانتی‌متر است. برای اندازه‌گیری تنش‌های پسماند در این لوله از آزمایش کرنش‌سنجی سوراخ استفاده می‌شود. با توجه به ابعاد بزرگ لوله و اینکه حمل‌ونقل آن برای انجام آزمون کرنش‌سنجی سوراخ مشکل است جداسازی یک نمونه محدود از آن بسیار مناسب است. در پژوهش حاضر ابعاد این نمونه با ابعاد محدود بررسی می‌شود سپس شبیه‌سازی جوشکاری در نمونه جداشده انجام و تنش‌های پسماند از جمله تنش پسماند به‌منظور ضخامت برای اولین بار ارایه می‌شود. نتایج نشان می‌دهد که جداسازی نمونه استاندارد با ابعاد ۴۴×۳۲سانتی‌متر به‌منظور اندازه‌گیری تنش پسماند در لوله فولادی مطلوب است. موقعیت و میزان تنش پسماند کششی و فشاری بیشینه در لوله به دست آمده و تغییرات تنش‌های پسماند محیطی و طولی در سطوح داخلی و خارجی و در نواحی مختلف جوش بررسی می‌شود. همچنین صحت‌سنجی نتایج به دست آمده با نتایج اندازه‌گیری تنش پسماند در لوله از همین نوع فولاد با هندسه مشابه در مقیاس صنعتی انجام می‌شود. نتایج نشان داد که حداکثر تنش پسماند در سطح داخلی لوله در جهت طولی برابر ۴۶۰مگاپاسکال (۹۶% تنش تسلیم) بوده و پس از آزمون فشار مایع ایستا به ۲۰۰مگاپاسکال (۴۲% تنش تسلیم) تقلیل یافته است. به دلیل اینکه این مقدار کمتر از نصف تنش تسلیم است روش کرنش‌سنجی سوراخ پس از آزمون فشار مایع ایستا معتبر است.

---

در این تحقیق، با قرار دادن لوله­ های فولادی پر شده با بتن در ناحیه فشاری و کابل پیش ­تنیده در ناحیه کششی، مفهوم جدیدی به نام تیرهای لوله­ای پر شده با بتن توام با پیش­ تنیدگی بصورت عددی مورد مطالعه قرار گرفتند. در این مقطع، لوله فولادی در ناحیه فشاری سبب بهبود مقاومت بتن و کابل­های پیش ­تنیده در ناحیه کششی سبب کنترل ترک در تیرهای بتن مسلح می­ گردد. با توجه به ناشناخته­ بودن رفتار این تیرها، هدف این تحقیق، تحلیل المان محدود پارامترهایی است که در نمونه ­های آزمایشگاهی قابل بررسی نبوده است. بنابراین بعد از صحت­ سنجی مدل المان محدود با نتایج آزمایشگاهی، مدل با اندازه واقعی ساخته شد تا رفتار خمشی مقطع مورد بررسی قرار گیرد و سپس مدل، به منظور بررسی شاخص­های نسبت میلگرد طولی، نسبت کابل پیش ­تنیده، نسبت بتن هسته و نسبت لوله فولادی توسعه داده شده است. نتایج بررسی­ ها نشان­ دهنده تأثیر افزاینده شاخص ­های نسبت کابل پیش ­تنیده و میلگرد طولی بر روی افزایش سختی خمشی و تأثیر کاهنده شاخص ­های نسبت لوله فولادی و بتن هسته بر روی سختی خمشی می­باشد. افزایش در شاخص­ های نسبت کابل پیش­ تنیده، میلگرد طولی، لوله فولادی و بتن هسته، لنگر نهایی را نیز افزایش می­ دهد. قابل ذکر است، زمانی­که شاخص­ نسبت میلگرد طولی افزایش می­ یابد، انرژی جذب شده الاستیک نیز افزایش می­ یابد. افزایش در شاخص نسبت کابل پیش ­تنیده سبب افزایش در شکل ­پذیری جابجایی، انرژی جذب شده الاستیک و کل می­ گردد. از میان این شاخص­ ها، شاخص نسبت کابل پیش­ تنیده، بیشترین تأثیر را بر روی افزایش مقاومت خمشی مقطع، شکل­ پذیری جابجایی و انرژی جذب شده کل دارد.

---

---

در این مقاله به تجزیه و تحلیل عددی رفتار اتصال ستون  CFST مدفون شده در فونداسیون تحت بارگذاری ترکیبی محوری-خمشی پرداخته شده است. ابتدا مدل اجزاء محدود پیشنهادی توسط نتایج آزمایشگاهی تحقیقات قبلی تحلیل و مقایسه شده که نتایج نشان داد که آسیب موضعی، الگوهای خرابی و منحنی هیسترزیس با هم مطابقت داشتند. در ادامه مطالعه دقیق پارامتریک برای ارزیابی رفتار چرخه‌ای اتصال CFST مدفون شده در فونداسیون با متغیرهای قطر به ضخامت طول مدفون شدگی، مقاومت فشاری بتن و نحوه اتصال ستون CFST به فونداسیون انجام شده است. بر اساس نمودارهای هیسترزیس حاصل شده از مطالعه پارامتریک مدل‌های عددی، مقادیر شاخص‌های سختی، مقاومت، شکل‌پذیری و انرژی برای نمونه‌ها محاسبه و مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج مطالعه نشان داد با استفاده از مدل اجزاء محدود پیشنهادی، در اتصال ستون CFST به فونداسیون با صفحه ستون نسبت به ستون CFST در حالت مدفون رفتار چرخه‌ای ضعیف‌تری حاصل شده است. علاوه بر این، استفاده از سخت‌کننده‌ها در پای ستون مدفون در فونداسیون نسبت به حالت بدون سخت کننده رفتار هیسترزیس بهتر و با استهلاک انرژی بالاتری را از خود نشان داده است. با افزایش مقاومت بتن، تغییرات در حلقه‌های نمودار هیسترزیس، مقاومت جانبی و سختی جانبی، عملکرد شکل‌پذیری و اتلاف انرژی تجمعی نیز افزایش کمی داشته است. حالت‌های آسیب در اتصال ستون CFST به فونداسیون دارای صفحه ستون، در حالت مدفون شده بدون سخت کننده و با سخت کننده دیسکی، بصورت شکستگی لوله فولادی در پای ستون است. آسیب در حالت اتصال ستون CFST مدفون شده با سخت کننده طولی، بصورت ترک خوردگی قطری بتن روی فونداسیون است. افزایش ضخامت لوله فولادی و شرایط مدفون شدگی ستون CFST با سخت کننده اثر مثبتی بر روی حلقه‌های هیسترزیس اتصال CFST به فونداسیون ایجاد کرده و این نوع اتصال توانسته است مقاومت جانبی، سختی جانبی، شکل پذیری و انرژی تجمعی اتلافی را به طور قابل توجهی بهبود بخشد.

---

شکست خستگی رایج‌ترین نوع شکست در سازه‌های تحت بارگذاری نوسانی است. آسیب خستگی در لوله‌های فولادی انتقال گاز به دلیل نوسانی بودن فشار داخلی آن از اهمیت بالایی برخوردار است. بخش وسیعی از خط لوله‌های به کار رفته در صنعت نفت و گاز ایران از جنس فولاد ترمومکانیکال با گرید API X۶۵ بوده و اتصال لبه‌های آن به وسیله جوشکاری زیر پودری انجام می‌شود. در این تحقیق منحنی تنش- عمر و حد دوام درز جوش مارپیچ این فولاد با انجام آزمایش اندازه‌گیری شده است. به این منظور، تعداد ۲۰ نمونه آزمایشگاهی (۱۲ نمونه جهت به دست آوردن منحنی در ناحیه عمر خستگی محدود و ۸ نمونه جهت برآورد استحکام خستگی) طبق استاندارد ISO ۱۱۴۳ از درز جوش مارپیچ لوله در مقیاس صنعتی با قطر خارجی ۱۲۱۹ میلی‌متر و ضخامت ۳/۱۴ میلی‌متر تهیه شد و تحت آزمایش خستگی خمشی- چرخشی کاملا معکوس شونده قرار گرفت. تحلیل آماری نتایج با در نظر گرفتن توزیع نرمال لگاریتمی، انجام شد. منحنی میانگین، بازه اطمینان و منحنی مشخصه نتایج آزمایشگاهی در ناحیه‌های عمر خستگی محدود با استفاده از مدل خستگی باسکوئین و براساس استانداردهای ISO ۱۲۱۰۷ و ASTM E-۷۳۹ و در ناحیه استحکام خستگی براساس استاندارد ISO ۱۲۱۰۷ به دست آمد. مقدار حد دوام میانگین درز جوش فولاد آزمایش شده برابر ۵/۲۵۸ مگاپاسکال به دست آمد که در محدوده مرسوم ۴/۰ تا ۶/۰ استحکام نهایی این فولاد قرار دارد.
 

---