Υπολογιστική  προσέγγιση τάσεων-παραμορφώσεων στη διαδικασία συγκόλλησης κυλινδρικών σωλήνων, διαφορετικού υλικού, με αναλυτική λύση και χρήση πεπερασμένων στοιχείων.

Ζησοπούλου, Ασημίνα

dc.contributor.author	Ζησοπούλου, Ασημίνα	el
dc.date.accessioned	2018-07-02T10:18:35Z
dc.date.available	2018-07-02T10:18:35Z
dc.date.issued	2018-07-02
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/47176
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.8093
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Εφαρμοσμένη Μηχανική”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Συγκόλληση	el
dc.subject	Κυλινδρικά κελύφη	el
dc.subject	Πεπερασμένα στοιχεία	el
dc.subject	Ρηγμάτωση	el
dc.subject	Κόπωση	el
dc.subject	Butt welding	en
dc.subject	Finite elements	en
dc.subject	Shell approach	en
dc.subject	Cracking	en
dc.subject	Fatigue	en
dc.title	Υπολογιστική προσέγγιση τάσεων-παραμορφώσεων στη διαδικασία συγκόλλησης κυλινδρικών σωλήνων, διαφορετικού υλικού, με αναλυτική λύση και χρήση πεπερασμένων στοιχείων.	el
dc.title	Computational stress-strain approach to the process of cylindrical welding pipes, from different material, with analytical solution and finite element use	en
dc.contributor.department	Εφαρμοσμένη Μηχανική	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ	el
heal.classification	ΜΗΧΑΝΙΚΗ	el
heal.classification	ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ	el
heal.classification	Πεπερασμένα στοιχεία	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/c1b0fdbf59df81e165f5ece1ac87df4d3ae96347
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/795ea7948f4f9b8fba3246722d8e6417697c678c
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/da4b9237bacccdf19c0760cab7aec4a8359010b0
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-02-23
heal.abstract	Η παρούσα εργασία αφορά ένα πραγματικό πρόβλημα σχεδιασμού, στην κατασκευή ενός ατμοπαραγωγού. Πιο συγκεκριμένα πρόκεται να συγκολληθούν με περειφερειακή ραφή, δύο αυλοί ατμού, κατασκευασμένοι από κράματα διαφορετικού συντελεστή θερμικής διαστολής και διαφορετικά μέτρα ελαστικότητας. Γίνεται, λοιπόν, μια προσπάθεια εύρεσης των θερμικών τάσεων που αναπτύσσονται στις σωλήνες, αλλά και μια εκτίμηση ανάπτυξης ρωγμών. Δίδεται μία αναλυτική λύση για την ανάπτυξη των τάσεων, βασιζόμενη στην θεωρία για λεπτά κελύφη (thin shells theory). Αρχικά, υπολογίζονται οι αξονικές και οι περειφερειακές τάσεις που αναπτύσσονται στις σωλήνες, σε τρία διαφορετικά είδη διατομών. Το πρώτο είδος είναι οι ανοιχτές διατομές, οι οποίες μπορούν να διασταλλούν ή να συσταλούν επί της ουσίας ελευθέρα. Το δεύτερο είδος διατομής είναι οι πακτωμένες διατομές, οι οποίες έχουν πακτωθεί στις άκρες τους και δεν μπορούν να κινηθούν παραπάνω από το αρχικό τους μήκος. Στο τρίτο είδος διατομής βρίσκονται οι κλειστές διατομές, σύμφωνα με τις οποίες οι σωλήνες δέχονται μια εφελκυστική, αξονική πίεση στα άκρα τους. Έπειτα, αναλύονται για τις παραπάνω διατομές οι συνθήκες φόρτισης. Πρώτα, μελετάται η ομοίομορφη πίεση που αναπτύσσεται στο εσωτερικό των σωλήνων και μετά η διαφορά θερμοκρασίας έτσι όπως ακριβώς δίδεται στα πραγματικά στοιχεία. Επιπλέον, γίνεται υπέρθεση των δύο αυτών ειδών φόρτισης, καθώς η ανάλυση που παρίσταται είναι ελαστική. Προσδιορίζονται οι μηχανικές τροπές που αναπτύσσονται στους τρεις άξονες (x,r,θ) σύμφωνα με το νόμο του Hooke, αλλά και η ακτινικήκαι η αξονική μετατόπιση του κελύφους. Οι ακτίνες και τα πάχη των δύο σωλήνων, λόγω των διαφορετικών ελαστικοτήτων, έχουν διαφορετικές τιμές. Η συγκόλληση, όμως, υποχρεώνει τις δύο σωλήνες να αποκτήσουν την ίδια ακτίνα και κοινή εφαπτομένη. Το συμβιβαστό των μετατοπίσεων, για τις επιφανειακές παραμορφώσεις και την κλίση αυτών, αλλά και η εξίσωση ισσοροπίας δίνουν τις επιθυμητές τιμές. Εν συνεχεία, το πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων Abaqus, μας βοηθάει στην ανάλυση του προβλήματος αυτού και αντίστοιχα στην εύρεση των τάσεων. Μελετάται ως αξονοσυμμετρικό πρόβλημα και στα τρία είδη διατομών και στα δύο είδη φορτίσεων. Τα αποτελέσματα που εξάγονται ως προς τις τάσεις συγκρίνονται με αυτά της αναλυτικής λύσης. Τέλος, μελετάται η έναρξη πλαστικοποίησης και ρηγμάτωσης. Τοπική πλαστικοποίηση συμβαίνει εφόσον η Mises τάση υπερβεί το όριο διαρροής, στην υψηλότερη θερμοκρασία λειτουργίας του δοκιμίου ή και στην χαμηλότερη. Η εναλλακτική μορφή αστοχίας ενδέχεται να εμφανιστεί λόγω ρηγμάτωσης του υλικού. Στην περίπτωση αυτή, εξετάζουμε τις ορθές τάσεις και εφόσον αυτές είναι ισχυρά εφελκυστικές δημιουργούνται κρίσιμα σημεία. Οι διατμητικές τάσεις είναι σημαντικές για τις διεπιφάνειες των υλικών γιατί τότε είναι πιθανό να αναπτυχθεί ρωγμή. Προφανώς σε περίπτωση που δεν υπάρχουν αρχικά ρωγμές, με εξαίρεση τις διεπιφάνειες, ο σχεδιασμός μας εντοπίζεται στην εύρεση κύκλων φόρτισης που οδηγεί σε ανάπτυξη μικρορωγμών. Το φαινόμενο αυτό συνιστά την κόπωση του υλικού (fatigue) και μάλιστα το πρώιμο στάδιό της. Αυτό, λοιπόν, που από φυσικής πλευράς ερευνάται είναι εάν οι αρχικές κρυσταλλικές ατέλειες του υλικού, παρόλο που δεν δημιουργούν μακροσκοπικά πλαστικότητα, αναδιατάσσονται, πολλαπλασιάζονται και δημιουργούν περιοχές κυκλικής ολίσθησης, σε πολύ μικρές κλίμακες Επομένως, χρειαζόμαστε φαινομενολογικούς νόμους που να συνδέουν τις τάσεις με τον αριθμό κύκλων φόρτισης-αποφόρτισης.	el
heal.abstract	This thesis deals with a real design problem in the construction of a steam generator. More specifically, it is to be welded with a regional seam, two steam vessels, made of alloys of different coefficient of thermal expansion and different modulus of elasticity. There is, therefore, an attempt to find the thermal stresses, developing in the pipes, as well as a crack growth estimate. An analytical solution for the development of stresses is given, based on the theory of thin shells. Initially, the axial and hoop stresses, occurring in the pipes, are calculated, in three different types of cross sections. The first type is open cross sections, which can expand or contractile on the free. The second type of cross-section is the fixed sections, which have been stamped at their edges and can not move beyond their original length. In the third cross section there are the closed sections, according to which the pipes receive a tensile axial pressure at their ends. Then, the loading conditions are analyzed for the above cross sections. First, the uniform pressure developing inside the pipes and then the temperature difference as in the actual data be given. In addition, these two types of loading are superimposed, as the analysis is presented is elastic. The strains developed in the three axes (x,r,θ) according to Hooke's law, as well as the radial and axial displacement of the shell, are determined. The radius and thicknesses of the two pipes, due to different elasticities, have different values. Welding, however, forces the two pipes to acquire the same radius and common tangent. The symmetry of the displacements, for the surface distortions and their slope, as well as the equilibrium equation give the desired values. The Abaqus finite element program then, helps us to analyze this problem and find the developing stresses. It is studied as an axisymmetric problem in all three types of cross sections in both types of charges. The results obtained in terms of trends are compared with those of the analytical solution. Finally, the beginning of plasticity and cracking are studied. Local plasticity occurs if the Mises value exceeds the yield stress, at the highest operating temperature or at the lowest. The alternative form of failure may occur due to cracking of the material. In this case, we are looking the normal stresses and if these are strong tensile, critical points are created. Shear stresses are important for the material interfaces because then a crack is likely to develop. Obviously, if there are no initial cracks, except for the interfaces, our design is located in finding load cycles that lead to microcracking. This phenomenon is the fatigue, the early stage. What is physically explored is, therefore, that the original crystalline defects of the material, even though they do not create macroscopic plasticity, are rearranged, multiplied and create circular glide areas, on very small scales. Therefore, we need phenomenological laws linking trends to number of charge-discharge cycles.	en
heal.advisorName	Γιαννακόπουλος, Αντώνιος	el
heal.committeeMemberName	Τσόπελας, Παναγιώτης	el
heal.committeeMemberName	Γιαννακόπουλος, Αντώνιος	el
heal.committeeMemberName	Ζήσης, Αθανάσιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	325 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true