ارزیابی و مقایسه مد ل های انرژی محور و کرنش محور در پیش بینی عمر خستگی نانوکامپوزیت های پایه منیزیم در رژیم کم چرخه در دماهای بالا

نانوکامپوزیت های پایه منیزیم به عنوان نسل جدیدی از مواد سازه ای سبک وزن، توجه گسترده ای را در صنایع هوافضا، خودروسازی و تجهیزات پزشکی به خود جلب کرده اند. ترکیب چگالی بسیار پایین منیزیم با خواص مکانیکی بهبودیافته ناشی از افزودن نانوذرات، این مواد را به کاندیداهای مطلوبی برای کاربردهایی تبدیل کرده است که نیاز همزمان به سبکی و استحکام دارند. با این حال، قطعات ساخته شده از این مواد در بسیاری از کاربردهای صنعتی تحت بارگذاری های چرخه ای شدید و دماهای بالا قرار می گیرند که رژیم خستگی کم چرخه را به یکی از بحرانی ترین حالات شکست تبدیل می کند. در این زمینه، دو رویکرد اصلی مدل سازی وجود دارد: مدل های کرنش محور که بر پایه دامنه کرنش الاستیک و پلاستیک بنا شده اند، و مدل های انرژی محور که از چگالی انرژی کرنشی تلف شده به عنوان پارامتر آسیب استفاده می کنند. هدف اصلی این تحقیق ارزیابی و مقایسه مدل های انرژی محور جاهد-وروانی و کرنش محور کافین-منسون-باسکین و اسمیت-واتسون-تاپر در پیش بینی عمر خستگی نانوکامپوزیت های پایه منیزیم در رژیم کم چرخه و دماهای بالا است. نانوکامپوزیت AZ۳۱B تقویت شده با ۱.۵ درصد حجمی نانوذرات آلومینا به روش ترکیبی هم زنی مکانیکی-الکترومغناطیسی و اکستروژن گرم تولید گردید. آزمون های خستگی کم چرخه کاملا معکوس با کنترل کرنش در دامنه های ۰.۴ تا ۱.۲۵ درصد و سه دمای اتاق، ۱۰۰ و ۲۰۰ درجه سانتی گراد با دستگاه Gleeble ۳۸۰۰ اجرا شدند. داده های حلقه های هیسترزیس، تنش های حداکثر، حداقل و میانگین و انرژی کرنشی جمع آوری و برای کالیبراسیون سه مدل پیش بینی عمر با روش حداقل مربعات استفاده شدند. دقت مدل ها با معیار ریشه میانگین مربعات خطای لگاریتمی و نمودارهای همبستگی با باندهای ۱.۵ و ۲ برابر مقایسه گردید. نتایج پژوهش نشان داد که مدل جاهد-وروانی با خطای متوسط ۰.۰۹۹ برترین عملکرد را در تمام دماها دارد در مقایسه با مدل های کافین-منسون-باسکین و اسمیت-واتسون-تاپر با خطاهای ۰.۱۲۴ و ۰.۱۲۲. این برتری به توانایی مدل انرژی محور در لحاظ غیرمستقیم تنش میانگین، انعکاس خودکار تغییرات شکل پذیری و استقلال پارامترها نسبت داده می شود. همچنین، رفتار چرخه ای نانوکامپوزیت با افزایش دما از حالت نامتقارن به متقارن تغییر یافت و نرم شوندگی چرخه ای جایگزین سخت شوندگی شد که به تحول مکانیزم های تغییرشکل از دوقلویی-جدای�� دوقلو به لغزش غیربازال و بازبلورسازی دینامیکی نسبت داده شد.

کلیدواژه ها:

خستگی کم چرخه ، نانوکامپوزیت پایه منیزیم ، مدل انرژی محور جاهد-وروانی ، دماهای بالا ، پیش بینی عمر خستگی