تحليل اجزاي محدود آسيب خستگي فلزات براساس مدل‌هاي مبتني بر آنتروپي ترموديناميكي

مقدار آنتروپي توليدي طي بارگذاري خستگي به عنوان يك شاخص از انباشت آسيب در ماده تلقي مي شود. با استفاده از تكنيك ترموگرافي و ثبت توزيع ميدان دما در سطح نمونه تحت بارگذاري چرخه‌اي به‌وسيله دوربين مادون قرمز و همچنين محاسبه انرژي اتلافي و در نظر گرفتن امكان تبادل حرارت نمونه با محيط، مي‌توان نرخ خالص توليد آنتروپي در سيستم را محاسبه كرد. انتظار مي‌رود كه با به‌كارگيري ابزار مناسب، بتوان اين روش را به عنوان يك روش بازرسي غيرمخرب در رابطه با آسيب ناشي از خستگي فلزات مورد استفاده قرار داد. اين تحقيق به منظور امكان‌سنجي و بررسي قابليت كاربرد روش ياد شده به كمك مدل‌سازي و تحليل عددي انجام شده است. در اين مقاله با استفاده از روش عددي اجزاي محدود و در قالب نرم‌افزار آباكوس به شبيه‌سازي آزمون خستگي خمش كاملاً معكوس‌شونده روي نمونه‌هاي استاندارد از جنس آلومينيوم (Al۶۰۶۱-T۶) كه نتايج آزمون آزمايشگاهي آن موجود است، پرداخته مي‌شود. براساس نتايج تحليل مكانيكي و حرارتي به روش كوپل متوالي، به محاسبه نرخ توليد آنتروپي، آنتروپي شكست خستگي، متغير آسيب و تخمين عمر باقي‌مانده براساس اين متغير پرداخته مي‌شود. نتايج حاصل از شبيه‌سازي عددي با نتايج آزمون‌هاي آزمايشگاهي مقايسه و اعتبارسنجي مي‌شود. همچنين يك تحليل عددي براي تخمين افزايش دما و بررسي پديده خودگرمايي خستگي در اثر بارگذاري چرخه‌اي براساس مشخصه‌هاي منحني كرنش عمر و تخمين انرژي اتلافي، با بهره‌گيري از امكان اسكريپت‌نويسي پايتون در نرم‌افزار آباكوس روي نمونه آزمون محوري از جنس فولاد(AISI ۴۳۴۰) صورت مي‌گيرد. نتايج پژوهش حاكي از آن است كه كاربرد ترموگرافي مادون قرمز به عنوان يك روش ارزيابي غيرمخرب در محدوده خستگي كم‌چرخه ابزاري مناسب براي ارزيابي ميدان دما و در نتيجه تخمين آسيب انباشته در ماده است.