بررسي معيارهاي خستگي چند محوره در پيش بيني عمر استوانه توخالي از جنس آلياژ GH4169 و مقايسه با نمونه مرجع تجربي

Experimental and Numerical Investigation of Multiaxial Fatigue Criteria for Fatigue Life Estimation in the Hollow Cylinder of Alloy GH4169

واماندگي خستگي كه در اكثر قطعات مهندسي رخ مي­دهد عموماً به بارگذاري چند محوره ارتباط داده مي­ شود. تغيير محورهاي اصلي تنش‌ و كرنش‌ در بارگذاري چندمحوري سبب سخت‌شوندگي اضافي شده و به عنوان عامل اصلي در كاهش عمر خستگي تلقي مي‌شود. منشا چندمحوره بودن ريشه در دلايل مختلفي دارد و ممكن است ناشي از چند محوره بودن بارگذاري خارجي، هندسه پيچيده اجزا و يا تنش‌هاي پسماند باشد. در تحقيق حاضر معيارهاي خستگي چند محوره گوناگوني براي پيش­بيني عمر خستگي قطعه­اي از جنس آلياژ مورد استفاده قرار گرفته است و با استفاده از روش اجزا محدود يك نمونه استوانه‌اي توخالي از جنس آلياژ GH4169 تحت بارگذاري چند محوره كرنش كنترلي در دماي بالا، شبيه سازي شده است. حلقه­ هاي پسماند و تخمين عمر حاصل از نتايج شبيه ­سازي با نتايج تجربي نمونه مرجع صحت سنجي شده‌اند. نتايج نشان مي­ دهند رهيافت‌هايي كه اثر همزمان تنش، كرنش و سخت‌شوندگي اضافي را (خصوصاً در دماي بالا) در نظر مي­ گيرند تخمين بهتري از عمر پيش ­بيني شده ارائه مي­ كنند. از ميان چندين معيار ارائه شده، به ترتيب معيارهاي فاطمي- كورات، معيار فاطمي- سوسي و معيار انرژي بيشترين قرابت و همخواني را با نتايج تجربي دارند.

Fatigue failure occurring in most engineering components, generally is related to multiaxial loadings. Variation in principal axes of stresses and strains in multiaxial loading causes additional hardening and this is assumed as the main reason of fatigue life decrease. The origin of multiaxiality may have diverse reasons and may arise from multiaxial loading, complicated geometry or residual stresses. In the present study various multiaxial fatigue criteria were applied for predicting fatigue life of an alloy and by using the finite element method a hollow cylindrical specimen made of alloy GH4169 was simulated under strain controlled multi-axial loading at high temperature. Hysteresis loops derived from simulation results and estimated life have been validated and compared with reference sample experimental results. The results shows that approaches considering simultaneous effect of stress, strain and additional hardening, especially at high temperature loading condition, could better predict the life. Among the presented criteria, Fatemi-Kurath, Fatemi-Socie and energy criteria have closest predictions to experimental results.