ارزيابي عددي تنش پسماند موضعي در ورق‌هاي نازك به‌وسيله مود نامتقارن بنيادي امواج فراصوتي لمب

Numerical evaluation of local residual stress in thin plates using fundamental antisymmetric mode of ultrasonic Lamb waves

تنش‌هاي پسماند در فرايندهاي مختلفي نظير تغيير شكل‌هاي پلاستيك، تغييرات دما و يا تغييرات ساختاري رخ مي‌دهد. مرسوم‌ترين موارد تشكيل تنش پسماند، فرايندهاي جوشكاري و شكل‌دهي فلزات مي‌باشد. تنش پسماند تأثير قابل توجهي بر روي رفتار خستگي و طول عمر سازه‌هاي بارگذاري شده دارد. به همين علت در مرحله اول اندازه‌گيري تنش پسماند و در گام بعدي اقدام براي كاهش و يا حذف آن با روش‌هاي معمول از اهميت بسزايي برخوردار مي‌باشد. در پژوهش حاضر از امواج لمب به منظور ارزيابي تنش پسماند موضعي در ورق‌هاي نازك فولادي استفاده شده است. يك مدل غيرخطي هايپرالاستيك به صورت دوبعدي در نرم افزار اجزاء محدود آباكوس شبيه‌سازي شد و موج لمب بر روي آن منتشر گرديد. بارگذاري براي ايجاد تنش پسماند يكبار عمود بر جهت انتشار موج و بارديگر موازي با جهت انتشار موج به صورت موضعي به ورق نازك اعمال شده است. رفتار مود A0 در فركانس‌هاي مختلف و مقادير متفاوت تنش بررسي گرديد و مشخص شد كه مود A0 نسبت به تغييرات تنش حساس بوده و تغيير نتايج آن نسبت به تغيير فشار پسماند داراي روند مشخصي است. همچنين با افزايش فركانس حساسيت به تنش پسماند كاهش مي‌يابد. بنابراين فركانس 50 كيلوهرتز به عنوان فركانس مطلوب در بازرسي يك ورق فولادي به ضخامت 2/1 ميليمتر انتخاب مي‌گردد.

Residual stresses occur in different processes such as plastic deformation, temperature variation and structural changes. Welding and metal deformation are conventional processes which lead to residual stress. Residual stress plays a key role in the characterization of welded structures, and it has a significant effect on fatigue behavior as well as the lifespan of loaded structures. Therefore, at the first step, measuring residual stress, and in the next level taking action to reduce or eliminate it by usual methods are of extreme significance. In this study, Lamb waves were applied to evaluate the local residual stress in thin steel plates. A two-dimensional hyperelastic nonlinear model on which a Lamb wave propagated was simulated in ABAQUS CAE finite element software. In order to create residual stress, loading was applied to the thin plate either perpendicular or parallel to the wave motion direction. In different frequencies and stresses, the behavior of A0 mode was scrutinized. Results indicated that A0 mode was sensitive to stress changes, and its changes against the residual stress followed a specific trend. In addition, sensitivity to residual stress decreases with increasing frequency. Hence, the frequency of 50 kHz is selected as the optimal frequency in inspecting thin steel plates.