بررسی عددی و تجربی رفتار خستگی کارابین ساخته شده از آلیاژ آلومینیوم 7175

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد شکل دادن فلزات، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

2 استادیار، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران

3 استاد/دانشکده مهندسی مواد و متالورژی دانشگاه علم و صنعت ایران

4 گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران

چکیده

در این تحقیق رفتار خستگی کارابین مدل GUARDO ساخته شده از آلومینیوم 7175 مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش کشش یکنواخت با سرعت mm/min35 بر روی یک کارابین اعمال شد. در مرحله بعد آزمایش خستگی بر روی یک کاربین مشابه، تحت بار کششی در محدوده صفر تا kN 15با فرکانس Hz 2 و فاکتور سقوط 2 (مشابه سقوط فردی به وزن kg 120 از ارتفاع 6 متر) انجام شد. عمر خستگی این کارابین در شرایط مذکور 2227 چرخه تعیین شد. سطح مقطع شکست این کارابین توسط میکروسکوپ الکترونی بررسی و تصویربرداری شد. در تصاویر حاصل از شکست نگاری علاوه بر مناطق سه گانه شکست خستگی، تشکیل ترک های ثانویه در محدوده فازهای ترد هم مشاهده شد. همچنین با استفاده از نرم افزار CATIA یک مدل هندسی برای کارابین طراحی شد. در ادامه به منظور مش بندی و بارگذاری خستگی کارابین تحت بارهای مختلف چرخه ای در محدوده صفر تا حداکثر نیرو (kN 3.9.13.15.21) با فرکانس Hz 2، نرم افزار المان محدود ABAQUS مورد استفاده قرار گرفت. نتایج مستخرج از این نرم افزار، نظیر مقادیر تنش و کرنش در هر یک از شرایط مذکور بارگذاری، در نرم افزار FE-safe به عنوان اطلاعات ورودی اعمال شد. در این نرم افزار برای تخمین عمر خستگی کارابین از خواص خستگی این آلیاژ و مدل تخمین عمر مانسون-کافین-باسکوین استفاده شد و تعداد چرخه های منجر به شکست در هر یک از شرایط بارگذاری محاسبه گردید. در انتها یک مدل ریاضی جهت تخمین رابطه بین نیرو و عمر خستگی این نوع کارابین پیشنهاد شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical and Experimental Investigations on Fatigue Behavior of a Carabiner made from Al-7175

نویسندگان [English]

  • Negah Parsi 1
  • Bagher Mohammad Sadeghi 2
  • Hossein Arabi 3
  • Bahman Mirzakhani 4
1 School of Metallurgy and Materials Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
2 School of Metallurgy and Materials Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
3 School of Metallurgy and Materials Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
4 Department of Material Science and Engineering, Faculty of Engineering, Arak University, Arak, Iran.
چکیده [English]

Fatigue behavior of GUARDO Carabiner made from Al-7175 was investigated in this study. Monotonic tensile test with a cross-head speed of 35 mm.min-1 was applied on one of the Carabiners, before application of fatigue test on a similar Carabiner under a load range of 0-15 kN and a frequency of 2 Hz using a Falling Factor of 2 (this is equivalent to the free fall of a person with 120 kg weight whom attached to a rope and falls from a hight of 6 m). Under the above-mentioned condition, the fatigue life of the Carabiner was 2227 cycles. Fatigue fracture surface of the Carabiner was also examined by Scanning Electron Microscope. The results of fractography showed the formation of all the three stages of fatigue cracking as expected, as well as the presence of secondary cracks in the vicinity of brittle phases. A geometrical model of the Carabiner was designed using CATIA and specific mesh size applied on it in ABAQUS software. Simulations via ABAQUS were performed for various cyclic tensile load ranges (3, 9, 13, 15, 21 kN) with a frequency of 2 Hz. The output data for each simulation were used as input data in FE-safe software in order to estimate the fatigue life of Carabiner model. In FE-safe software, fatigue properties of Al-7175 were estimated and then Manson-Coffin-Basquin equation was used for prediction of fatigue life of carabiner for each cyclic tensile loading.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Carabiner
  • Aluminium Alloy 7175
  • Fatigue Behavior
  • FEM simulation
  • Fractography

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 04 بهمن 1400
  • تاریخ دریافت: 12 تیر 1400
  • تاریخ بازنگری: 27 آذر 1400
  • تاریخ پذیرش: 04 بهمن 1400
  • تاریخ اولین انتشار: 04 بهمن 1400