تحلیل عددی - تجربی خصوصیات ماده A356 در بارگذاری خستگی کم چرخه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی

2 کارشناسی ارشد، رشته مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی4

چکیده

این مقاله با شبیه سازی خستگی کم چرخه (LCF)، به دنبال ارزیابی پارامترهای خستگی، خواهد بود که برای برآورد عمر خستگی تحت بارگذاری تک محوره مناسب است .پاسخ تنش کرنش الاستیک و پلاستیک سیکلی با استفاده از روش های پلاستیسیته تجزیه و تحلیل شد. شبیه سازی المان محدود (FE) رفتار غیر الاستیک ماده با استفاده از بسته المان محدود ABAQUS انجام شد. با استفاده از این نرم افزار المان محدود رفتار سیکلی آلیاژ A356 آلومینیم کالیبره شده است. برای تأیید تجربی، یک سری از آزمایشات خستگی کم چرخه تحت فشار کنترل شده و سیکل های کاملا معکوس شونده با استفاده از دستگاه MTS 810 سروو- هیدرولیک و با کنترولر MTS Flex Test GT در 120 و 280 درجه سانتی گراد انجام شد. مقایسه بین شبیه سازی عددی و مشاهدات تجربی نشان دهنده تطابق رضایت بخشی به معنای مهندسی است. بر اساس پاسخ سیکلی الاستیک - پلاستیک تنش-کرنش، آزمایش و شبیه سازی محاسبه شده برای دامنه کرنش های مختلف، به عنوان پارامتر آسیب خستگی شناخته شده است. ساختار سطح نمونه ها مورد بررسی قرار گرفت و تصاویری از ساختار ساختار دندریتی خاص با بازوهای دندریت ثانویه (SDAS) آنها حدود 25 میکرومتر هستند. نتایج حاصل از آزمایش های هم دما در دماهای C° 120 و 280 در سیکل ثابت شده مشاهده می شود که آلیاژ در دمای C° 120 رفتار سخت شوندگی سیکلی از خود نشان می دهد و در دمای C° 280 رفتار آن نرم شوندگی سیکلی است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

FE AND EXPRIMENTAL ANALYSIS IN MATERIAL CHARACTERIZATION OF A356 IN LOWCYCLE FATIGUE

نویسندگان [English]

  • ali pourkamali anaraki 1
  • Ebrahim Alvandi 2
چکیده [English]

This study deals with simulation of low-cyclefatigue (LCF), followed by evaluation of fatigue parameters, which would be suitable for estimating fatigue livesunder uniaxial loading. The cyclic elastic–plastic stress–strain responses were analyzed using the incrementalplasticity procedures. Finite-element (FE) simulation inelastic–plastic regime was carried out in FE packageABAQUS. Emphasis has been laid on calibration of A356Aluminum Alloy for LCF behavior. For experimental verifications, a series of low-cycle fatigue tests were conductedunder strain-controlled, fully reversed condition in MTS 810 with MTS Flex Test GTcontroller at 120 and 280 °Ctemperature. The comparisons between numerical simulations and experimental observations reveal the matching tobe satisfactory in engineering sense. Based on the cyclicelastic–plastic stress–strain response, both from experiments and simulation, loop areas, computed for variousstrain amplitude, have been identified as fatigue damageparameter.The surface microstructure of the samples were examined and images showing the microstructure of certain dendritic structure with secondary dendrite arms (SDAS) they are approximately 25 micrometers. The results of isothermal experiments at temperatures 280 and 120 ° C and the fixed cycle can be seen that the alloy hardening behavior of those cycles of temperature 120 °C and shows the cyclic softening behavior in 280 °Ctemperature.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Low Cyle Fatigue
  • A356 Aluminum Alloy
  • FE Analysis

مراجع

[1] J.Z. Yi, Y.X. Gao, P.D. Lee, T.C. Lindley, 2004.Mater. Sci. Eng. 386, pp.396–407.
[2] P. Cavaliere, E. Cerri, P. Leo, 2004. J. Mater. Sci. 39,pp. 1653–1658.
[3] K. Gall, N. Yang, M.F. Horstemeyer, D.L. McDowell,J. Fan, Fatigue Fract. Eng.
[4] 2000. Mater. Struct. No. 23, pp. 159–172.
[5] C.H. Caceres, C.J. Davidson, J.R. Griffiths, 1995.Mater. Sci. Eng. 197, pp. 171–179.
[6] Q.G.Wang, C.H. Caceres, 1998. Mater. Sci. Eng. A 241, pp. 72–82.
[7] M. Kalka, J. Adamiec, 2006. Mater. Character. 56,pp. 373–378.
[8] S. Kumai, J. Hu, Y. Higo, S. Nunomura, 1996. Acta Mater. 44, pp. 2249–2257.
[9] Tsuyoshi Takahashi, Katsuhiko Sasaki, 2010. “Low cycle thermal fatigue of aluminum alloy cylinder
head in consideration of changing metrology microstructure”, Procedia Engineering, 2, pp. 767–776.
[10] Mattos, j.j.i, Uehara, A.Y, Sato, M., Ferreira, I,2010. “Fatigue Properties and Micro mechanism of Fracture of an AlSiMg0.6 Cast Alloy Used in Diesel Engine Cylinder Head”, Procedia Engineering, 2, pp.759–765.
[11] Jinghong Fan, David L. McDowell, Mark F. H., Ken Gall, 2003. “Cyclic plasticity at pores and inclusions in cast Al–Si alloys”, Engineering Fracture Mechanics, 70, pp. 1281–1302.
[12] Zeigler H, Q. Appl Mech, pp. 17-55.
[13] B. Li, L. Reis, M. de Freitas, 2006. “Simulation of cyclic stress/strain evolutions for multiaxial fatigue
life prediction, “j. International Journal of Fatigue,28, pp. 451–458.
[14] ABAQUS 6.12 Documentation, 2012. Abaqus Theory Manual, Models for metals subjected to cyclic loading.
[15] Chen WR., Keer LM., 1991. “An application of incremental plasticity theory to fatigue life prediction of steels”, J Eng Mater Technol pp. 113-404.
[16] A. Dutta, S. Dhar, S. K. Acharyya, 2010. “Material characterization of SS 316 in low-cycle fatigue
loading” J Mater Sci, 45, pp. 1782–1789.
[17] Chaboche JL., Nouailhas D., 1989. Trans ASME,pp. 111-384.
[18] K. Shiozawa, J. Kitajima, T. Kaminashi, T. Murai ,T. Takahashi, 2011. “Low-Cycle Fatigue Deformation
Behavior and Evaluation of Fatigue Life on Extruded Magnesium Alloys”, Procedia Engineering, 10, pp.
1244–1249.
[19] Mauricio Anjeloni, 2012. “Fatigue Life Evaluation Of A356 Aluminum Alloy Used For Engine Cylinder
Head”, Doctora Thesis, University Of Sao Paulo.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 48، شماره 2
شهریور 1395
صفحه 147-156

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار