ผลกระทบของอัตราการเย็นตัวต่อสนามความเค้นซิงกุลาริตี้บนรอยต่อของวัสดุ 2 ชนิด โดยวิธีการทางไฟไนต์เอลิเมนต์

Effect of cooling rate on stress singularity fields along bi-material joint using FEM

Name: เสฏฐวุฒิ บุญรอด

ThaSH: มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ -- วิทยานิพนธ์. วศ.ม. (วิศวกรรมเครื่องกล) 2559.

Classification :.LCCS: TA347.F5

ThaSH: มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์. -- สาขาวิศวกรรมเครื่องกล -- วิทยานิพนธ์

ThaSH: ไฟไนต์เอลิเมนต์

ThaSH: การกระจายความเค้น

ThaSH: ความเครียดและความเค้น

Abstract: การลดอุณหภูมิลงอย่างรวดเร็วภายหลังจากการเชื่อมภายใต้สภาพแวดล้อมที่เย็นจัดจะส่งผลให้ความแข็งแรงของรอยเชื่อมลดลงอย่างมีนัยสำคัญ งานวิจัยชิ้นนี้ได้ทำการจำลองกระบวนการเชื่อมติดด้วยความร้อน (Exothermic Welding) ระหว่างสายสัญญาณ (ทองแดง) ที่เชื่อมต่อเข้ากับรางรถไฟ (เหล็ก) เพื่อทำการวิเคราะห์ถึงผลกระทบของอัตราการเย็นตัวต่อสนามความเค้นซิงกุลาริตี้รอบบริเวณจุดมุมของรอยเชื่อม ซึ่งการวิเคราะห์จะทำการสร้างแบบจำลอง 2 มิติ แบบสมมาตรรอบแกนเดียว (Axis-symmetric) ของรอยเชื่อมระหว่างเหล็กและทองแดงโดยใช้วิธีการทางไฟไนต์เอลิเมนต์ โดยค่าคุณสมบัติที่เปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ ได้แก่ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนและค่าสัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่นแบบอิลาสติกของยัง งานวิจัยชิ้นนี้ยังไดดทำการทดสอบแบบจำลองเพื่อให้ผลลัพธ์ที่ได้จากแบบจำลองมีความแม่นยำมากยิ่งขึ้น ในส่วนของกระบวนการเชื่อมจะเป็นการเพิ่มอุณหภูมิอย่างทันทีทันใดจากสภาพแวดล้อมที่เย็นจัดประมาณ -5 oC ขึ้นไปสู่อุณหภูมิที่ใช้เชื่อมวัสดุ 800 oC ภายในเวลา 1 วินาทีหลังจากนั้นจะลดอุณหภูมิลงสู่อุณหภูมิที่เท่ากับอุณหภูมิของสภาพแวดล้อม -5 oC ด้วยอัตราการเย็นตัวที่แตกต่างกัน 5 รูปแบบ ซึ่งผลของความแตกต่างของอัตราการเย็นตัวในแต่ละแบบจะถูกนำมาวิเคราะห์หาการเกิดขึ้นของความเค้นตกค้างและหาพฤติกรรมของสนามความเค้นซิงกุลาริตี้รอบบริเวณขอบรอยต่อของรอยเชื่อม เพื่อนำผลที่ได้ในรูปของความเค้น ในแนว θθ มาวิเคราะห์หาโอกาสและทิศทางที่เสี่ยงต่อการเกิดความเสียหายในรอยเชื่อม โดยพิจารณาค่าความเข้มของความเค้นซิงกุลาริตี้ (Kθθ) ที่สูงซึ่งจะหมายถึงโอกาสเสี่ยงที่จะเกิดความเสียหายในรอยเชื่อมที่สูงตามไปด้วย ผลของการวิจัยนี้พบว่าค่าความเค้นตกค้างมีค่าเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อเข้าใกล้ขอบรอยต่อของรอยเชื่อมในรูปแบบของสนามความเค้นซิงกุลาริตี้ โดยพบว่าบริเวณรอยเชื่อมที่มีโอกาสเกิดความเสียหายคือ บริเวณตั้งแต่ขอบรอยต่อระหว่างเหล็กและทองแดงไปจนถึงบางส่วนของเหล็กในบริเวณใกล้กัน ซึ้งเมื่อเพิ่ม เวลาในการเย็นตัวให้มีค่าเพิ่มขึ้นก็จะทำให้โอกาสที่ชิ้นงานจะเกิดความเสียหายจะมีค่าลดลง Actually, weld strength is significantly decreased by suddenly reducing welding temperature from melting to cold environment temperatures. In the present study, an exothermic welding process which welded copper wire to low alloy rail steel, was simulated to analyze the effect of cooling rate on stress singularity fields around the edge of the welding joint. Two dimensional axis-symmetric models of the welding joint between steel and copper were simulated and analyzed by using finite element method (FEM). In this analysis, two of material properties which varied following the changing of temperature, were the coefficient of thermal expansions and elastic Young’s moduli. The FEM model was proved to get more accurate results. To demonstrate the welding process, the cold environment temperature (-5 oC) was immediately heated up to welding temperature (800 oC) in 1 second. After that, the temperature was cooled down to -5 oC with 5 different cooling rates. The results from the difference cases of cooling rate were used for analyzing the existence of thermal residual stress and behaviors of stress singularity fields around the edge of the welding joint. To analyze a possibility of crack, the direction of tension which is able to delaminate welding joint and represented by stress (σ θθ), was considered. The high intensity of stress singularity (Kθθ) meant the high possibility of delaminate or crack appear in welding joint. From the FEM results, thermal residual stresses (σ θθ) rapidly increased near the edge of the welding joint and expressed stress singularity fields. The high possibility area of crack exist in the welding joint was located from the edge of interface between steel and copper to the near part of steel. Moreover, the possibility of crack decreasing with increased the times of cooling process.

มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์. สำนักหอสมุด

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: tdckulib@ku.ac.th

Name: อรรถพร วิเศษสินธุ์

Role: อาจารย์ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์หลัก

Name: พงศ์ธร พรหมบุตร

Role: อาจารย์ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์ร่วม

Created: 2559

Modified: 2566-04-11

Issued: 2566-04-11

วิทยานิพนธ์/Thesis

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

URL: https://kasetsart.idm.oclc.org/login?url=https://www.lib.ku.ac.th/KUthesis/2559/sastawut-boo-all.pdf

CallNumber: TA347.F5 .ส53

tha

DegreeName: วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: วิศวกรรมเครื่องกล

Grantor: มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

©copyrights มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	sastawut-boo-all.pdf	4.85 MB	1	2025-01-14 09:53:32

ใช้เวลา

0.039957 วินาที