تحلیل خزش وابسته به زمان و پیش بینی عمر خزشی استوانه های چرخان توخالی ساخته شده از فولاد آلیاژی به کمک معادله ساختاری گستره تتا و پارامترشکست لارسن میلر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه ایوانکی، گرمسار، ایران

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

چکیده

در این پژوهش تنش ها ، کرن شها ، آسیب خزشی و عمر باقیمانده استوانه جدار ضخیم چرخان، به کمک معادله ساختاری گستره تتا و پارامتر لارسن میلر بررس یشده است. بارگذاری شامل فشار داخل و خارج، گرادیان دما و اینرسی دورانی م یباشد. استفاده از روابط تنش-کرنش، کرنش-جابه جایی و تعادل منجر به دست یابی به معادله دیفرانسیلی مرتبه دوم و غیرهمگن شامل تر مهای کرنش خزشی برای جابه جایی شعاعی م یگردد. با صفر قرار دادن مقادیر کرنش خزشی حل ترموالاستیک مسأله در لحظه صفر حاصل م یگردد. با درنظر گرفتن کرن شهای خزشی در معادله مذکور و مشت قگیری از آن نسبت به زمان، معادله دیفرانسیلی شامل تر مهای نرخ کرنش خزشی شعاعی و مماسی برای نرخ جابه جایی شعاعی به دست
می آید. با ترکیب معادله ساختاری گستره تتا و روابط پراندتل - روس و جایگذاری به جای نرخ کرن شهای خزشی در معادله دیفرانسیل قبلی و حل عددی آن، نرخ جاب هجایی شعاعی و سپس تن شهای جاری در سرتاسر استوانه محاسبه م یشود. سپس به کمک پارامتر لارسن میلر و با استفاده از مدل طراحی رابینسون تاریخچه آسیب خزشی و عمر باقیمانده در امتداد ضخامت
استوانه به دست می آید. نتایج حاصله نشان داد که بیشترین آسیب خزشی در سطح داخلی و کمترین آن در سطح خارجی استوانه واقع میگردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Time-Dependent Analysis and Creep Life Prediction of Rotating Hollow Cylinders using Theta Projection Concept and Larson Miller Parameter

نویسندگان [English]

  • H. Mohammadi Hooyeh 1
  • M. Safari 2
  • A. Loghman 2
1 Department of Solid Mechanics, Faculty of Engineering, University of Eyvanekey, Garmsar, Iran
2 Department of Solid Mechanics, Faculty of Mechanical Engineering, University of Kashan, Kashan, Iran
چکیده [English]

In this work, stresses, strains, creep damage and remnant life for rotating thick walled hollow cylinder made of alloy steel using the theta projection concept and Larson miller parameter are investigated. Loading is composed of internal and external pressure, a distributed temperature field and a centrifugal body force. Using stress-strain, strain-displacement and equilibrium relations a second-order non-homogenous differential equation containing creep strains for radial displacement is obtained. With ignoring amounts of creep strains, thermo-elastic solution of constitutive equation at zero time is achieved. With considered creep strains in mentioned differential equation and differentiating with respect to a time, a differential equation consist of radial and circumferential creep strain rates for radial displacement rate is obtained. By combining theta projection model and Prandtle-Reuss relations and substituting instead strain rates in last differential equation and then numerically solving that, radial displacement rate and stresses are calculated. Using Larson effective stress at each point and Miller parameter and Rabinson's rule, creep damage and remnant life redistributions along the thickness of cylinder are achieved. It has been found that maximum and minimum creep damage is occurred at inner and outer surfaces of cylinder respectively.Also remaining life at outer surface is more than inner surface.

کلیدواژه‌ها [English]

  • creep damage
  • theta projection
  • remnant life
  • Larson Miller parameter
  • rotating cylinder

مراجع

[1] H. Kraus, Creep Analysis, John Wiley & Sons, New York, 1980.
[2] S.L. Mannan, S.C. Chetal, B. Raj, S.B. Bhoje,Selection of Materials for Prototype Fast Breeder Reactor, Transactions Indian Institute of Metals, 56(2)(2003) 155-178.
[3] G.V. Smith, Properties of Metals at Elevated Temperatures, McGraw-Hills, NewYork, 1950.
[4] A.K. Koul, R. Castillo, K. Willett, Creep life predictions in Nickle-based superalloys, Materials Science and Engineering, 66(2) (1984)213–226.
[5] A. Loghman, A. Askari Kashan, M. Younesi Bidgoli, A.R. Shajari, A. Ghorbanpour Arani, Effect of particle content, size and temperature on magneto-thermomechanical creep behavior of composite cylinders,Journal of Mechanical Science and Technology, 27(4) (2013) 1041-1051.
[6] Z. Hoseini, M.Z. Nejad, A. Niknejad, M. Ghannad, New exact solution for creep behavior of rotating thick-walled cylinders, Journal of Basic and Applied Scientific Research, 1(10) )2011(1704–1708.
[7] M. Zamani Nejad, M. Davoudi Kashkoli, Timedependent thermo-creep analysis of rotating FGM thick-walled cylindrical pressure vessels under heat flux, International Journal of Engineering science, 82(2014) 222–237.
[8] A. Loghman, M.A. Wahab, Creep damage simulation of thick-walled tubes using the Θ projection concept,International Journal of Pressure Vessels and Piping,67(1) (1996) 105–111.
[9] T. Singh, V.K. Gupta, Modeling steady state creep in functionally graded thick cylinder subjected to internal pressure, Journal of Composite Materials, 44(11) (2010) 1317–1333.
[10] A. Loghman, A. Ghorbanpour Arani, S. Amir, V. Vajedi, Magnetothermoelastic creep analysis of functionally graded cylinders, International Journal of Pressure Vessels and Piping, 87(7) (2010) 389-395.
[11] V. Daghigh, H. Daghigh, A. Loghman, A. Simoneau, Time-dependent creep analysis of rotating ferritic steel disk using Taylor series and Prandtl–Reuss relation,International Journal of Mechanical sciences,77(2013) 40–46.
[12] L.H. You, H. Ou, Z.Y. Zheng, Creep deformations and stresses in thick-walled cylindrical vessels of functionally graded materials subjected to internal pressure, Composite Structures, 78(2) (2007) 285–291.
[13] A. Ghorbanpour Arani, A.A. Mosallaie Barzoki, R. Kolahchi, M.R. Mozdianfard, A. Loghman, Semi-analytical solution of time-dependent electrothermomechanical creep for radially polarized piezoelectric cylinder, Computers and Structures,89(2010) 1494-1502.
[14] Y.Y. Yang, Time-dependent stress analysis in functionally graded materials, International Journal of Solids and Structures, 37 (2000) 7593–7608.
[15] S.A. Hosseini Kordkheili, M. Livani, Thermoelastic creep analysis of a functionally graded various thickness rotating disk with temperature-dependent material properties, International Journal of Pressure Vessels and Piping, 111(2013) 63–74.
[16] M. Davoudi Kashkoli, M. Zamani Nejad, Effect of heat flux on creep stresses of thick-walled cylindrical pressure vessels, Journal of Applied Research and Technology, 12(3) (2014). 585–597.
[17] G. Lewis, K. Shaw, Creep constitutive model and component lifetime estimation: the Case of niobiummodified 9Cr-1Mo steel weldments, Journal of Materials Engineering and performance, 20(7) (2011)1310–1314.
[18] Loghman A, Shokouhi N. Creep damage evaluation of thick-walled spheres using a long-term creep constitutive model, Journal of Mechanical Science and Technology, 23(10) (2009) 2577–82.
[19] T. Masse, Y. Lejeail, Creep mechanical behavior of modified 9Cr1Mo steel weldments: Experimental analysis and modelling, Journal of Nuclear Engineering and Design, 254 (2013) 97-110.
[20] S. Goyal, K. Laha, Creep life prediction of 9Cr–1Mo steel under multiaxial state of stress, Journal of Materials Science & Engineering A, 615(2014) 348-360.
[21] L. Xiaotian, M.T. Cabrillat, Y. Lejeail, Study of modified 9Cr-1Mo steel weldments, International Atomic Energy Agency, 43(2006) 64-92.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 49، شماره 4
اسفند 1396
صفحه 673-684

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار