مقايسه ضرايب اصلاح تجربي و عددي حاصل از انرژي شكست درزجوش خطوط انتقال گاز با استفاده از آزمايش ضربه سقوطي

Comparison of experimental and numerical correction factors from seam weld fracture energy by drop weight tear testing of gas transportation pipelines

اتصالات جوش در سازه‌هاي بزرگ علاوه بر آزمايش‌هاي غيرمخرب، بايد توسط آزمايش‌هاي مخرب مكانيكي (مانند آزمايش كشش و ضربه) نيز تاييد شوند. آزمايش ضربه سقوطي روشي مطمئن جهت ارزيابي توانايي توقف ترك در شكست نرم است. تحقيقات گذشته با تمركز بر اندازه‌گيري انرژي شكست در آزمون ضربه سقوطي به روش المان محدود و مقايسه با مقدار تجربي فولاد پايه انجام گرفته است. اما در تحقيق حاضر از درزجوش مارپيچ فولاد API X65 كه در بدنه لوله واقعي خطوط انتقال گاز قرار داشت، استفاده شده است. نمونه‌ها با دستگاه ضربه سقوطي مجهز شده آزمايش شدند و نمودار نيرو-تغيير مكان حاصل از دو روش عددي و تجربي بر اساس ضريب اصلاح، ارزيابي و مقايسه شده‌اند. با در اختيار داشتن ضريب اصلاح (كه در آن از مشخصه‌هاي مهم منحني نيرو-تغيير مكان مانند انرژي كل جذب شده، انرژي رشد ترك و همچنين انرژي شروع ترك استفاده مي‌شود)، مي‌توان به نمودار نيرو-تغيير مكان استخراج شده از شبيه‌سازي كه براي بدست آوردن مقادير واقعي آن بايد متحمل وقت و هزينه نسبتا زيادي شد، با دقت قابل قبولي اعتماد كرد. براي فولاد مورد استفاده در تحقيق حاضر ضريب اصلاح براي فولاد پايه و درزجوش مارپيچ، 1/8 بدست آمده است. استفاده از اين مقدار براي فولادهاي با گريد مشابه نيز قابل قبول خواهد بود. ضريب اصلاح براي درزجوش با استفاده از شبيه‌سازي كه با روش اصلاح شده گرسون انجام شد، 1/7 بدست آمده است كه اختلاف آن با مقدار تجربي ناچيز است.

In addition to non-destructive testing, the weld joints in large structures must also be confirmed by mechanical destructive testing (such as tensile and impact tests). dro‎p weight tear test (DWTT) is a reliable test to evaluate ductile fracture and crack arrestability of pipelines. Previous research has focused on measuring and comparing the base metal fracture energy from DWTT using finite element and experimental methods. However, in the present research, the spirally welded seam of API X65 steel specimens were machined from an actual pipe and tested using DWTT. The load-displacement curves obtained from both numerical and experimental methods have been evaluated and compared regarding correction factors. Using the obtained correction factors (from important characteristics of the load-displacement curve such as total absorbed energy, crack initiation and propagation energy are used), the load-displacement curve of simulation can be relied upon with acceptable accuracy. Real curves can be obtained with a relatively large amount of time and money. For the steel used in the present study, the correction factor for base and weld metal is 1.8. The use of this value will also be acceptable for steels of the same grade. The weld metal correction factor using the simulation (based on Gurson-Tvergaard-needleman method) was 1.7, which was slightly different from the experimental value.