Mekanik otofretaj işleminin eniyilemesi

Otofretaj, kalın cidarlı silindirlerin kullanımı öncesinde silindir cidarında kalıntı gerilme oluşturma işlemidir. Bu kalıntı gerilmeler yüksek basınçlı uygulamalarda servis basıncının uygulandığı esnada oluşan gerilmelerin bir kısmını elimine ederek, basınçlı kapların basınç taşıma kapasitelerinin artmasına yardımcı olmaktadır. Pratikte hidrolik ve mekanik olmak üzere iki farklı otofretaj yöntemi vardır. Mekanik otofretaj kalın cidarlı silindirlerde faydalı kalıntı gerilmeler oluşturmak için hidrolik otofretaja nazaran daha ekonomik bir yöntemdir.Bu çalışmada, ısıl işlem uygulaması sonucu farklı malzeme özellikleri kazanmış aynı boyutlardaki iki adet kalın cidarlı silindire uygulanan mekanik otofretaj işlemi incelenmektedir. Çalışmanın öncelikli amacı, mekanik otofretaj işleminden maksimum faydanın elde edildiği optimum mandrel-iç çap arakesit oranının belirlenmesidir. Bu amaç doğrultusunda, iki adet kalın cidarlı silindirin maksimum 400 MPa servis basıncında kullanılacağı varsayılarak, otofretaj görmüş silindirin en kritik bölgesi olan elastik-plastik geçiş çapı üzerinde oluşan eşdeğer gerilmeler belirlenmiştir. İlk önce 400 MPa iç basınca maruz kalan otofretaj görmüş kalın cidarlı silindirlerin elastik-plastik geçiş çapı üzerindeki Tresca ve Von Mises eşdeğer gerilmeleri analitik olarak belirlenmiştir. Sonrasında ise ABAQUS yazılımı kullanılarak analitik modelin doğrulaması yapılmıştır. Mekanik otofretaj işlemi optimum değerler dikkate alınarak fabrika ortamında gerçekleştirilmiş olup iç ve dış çaplardaki kalıcı genişleme oranlarının belirlenmesi amacıyla ölçümler gerçekleştirilmiştir. İç ve dış çap oranları ABAQUS yazılımıyla da elde edilmiş ve ölçüm sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır.

Anahtar Kelimeler:

Mekanik otofretaj, kalın cidarlı silindirler; kalıntı gerilmeler; eniyileme

PDF

___

Gibson, M.C., Determination of residual stress distributions in autofrettaged thick-walled cylinders, Doctoral thesis, Cranfield University, Shrivenham, UK, 2008.
Ayob, A., & Elbasheer, M.K., Optimum autofrettage pressure in thick cylinders, Jurnal Mekanikal, 24, 1-14, 2007.
Yıldırım, H., Analytical and numerical analysis of swage autofrettage process applied to thick walled cylinders, Master thesis, Yıldırım Beyazıt Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 2015.
Davidson, T.E., Kendall, D.P., & Reiner, A.N., Residual stresses in thick-walled cylinders resulting from mechanically induced overstrain, Experimental Mechanics, 253-268, 1963.
Ali, A.R.M., Ghosh, N.C., & Alam, T.E., Optimum design of pressure vessel subjected to autofrettage process, International Scholarly and Scientific Research & Innovation, 4(10), 582-587, 2010.
Hu, Z., & Penumarthy C., Computer modeling and optimization of swage autofrettage process of a thick-walled cylinder incorporating bauschinger effect, American Transactions on Engineering & Applied Sciences, 3, 31-63, 2014.
Chakrabarty, J., Theory of plasticity, (3th ed.), Elsevier, UK, 1996.
Jahed, H., A variable material approach for elastic-plastic analysis of proportional and nonproportional loading, Thesis (PhD), University of Waterloo, 1997.
Jost, G.S., Stresses and strains in a cold-worked annulus, Aircraft Sructures Report 434, Defence Science and Technology Organisation, Aeronautical Research Laboratory, Melbourne, Australia, 1988.