Έλεγχος ατράκτου σε σύνθετη καταπόνηση με διαβάθμιση και σφηναύλακα

Abstract

Με τον γενικό όρο εγκοπή ορίζεται κάθε γεωμετρική ανομοιομορφία ενός στοιχείου, όπως είναι όλων των μορφών αυλάκια, οι οπές, οι εσοχές, οι προ εξοχές, οι διαβαθμίσεις κλπ.. Οι εγκοπές αυξάνουν τοπικά την καταπόνηση του υλικού με αποτέλεσμα αυτό να παρουσιάζει τάσεις μεγαλύτερες από αυτές που υπολογίζονται βάσει της θεωρητικής αντοχής υλικών. Μεγάλο ενδιαφέρον παρουσιάζεται στην αλληλεπίδραση των εγκοπών, δηλαδή στον τρόπο με τον οποίο κατανέμονται οι τάσεις σε ένα στοιχείο που φέρει εγκοπές, ανάλογα με την μεταξύ τους θέση. Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη της αλληλεπίδρασης που εμφανίζεται μεταξύ δύο εγκοπών με τη βοήθεια της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων. Οι εγκοπές που επιλέχθηκε να αναλυθούν είναι μια διαβάθμιση με καμπυλότητα και μια σφηναύλακα κατασκευασμένες σε άτρακτο. Αρχικά, σχεδιάσαμε τις δύο μορφές εγκοπών με τη βοήθεια τρισδιάστατου σχεδιαστικού λογισμικού (SolidWorks). Στο επόμενο βήμα μελετήσαμε την ανάπτυξη των τάσεων στην περιοχή κάθε εγκοπής για φόρτιση του δοκιμίου σε κάμψη, στρέψη και σε σύνθετη καταπόνηση στρέψης και κάμψης με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων . Η μελέτη της αλληλεπίδρασης των εγκοπών δηλαδή της ανάπτυξης των τάσεων στις εγκοπές έγινε αλλάζοντας κάθε φορά την μεταξύ τους απόσταση επάνω στην άτρακτο . Η αποτίμηση της αλληλεπίδρασης των εγκοπών σε σχέση με την εκάστοτε φόρτιση έγινε ποσοτικά μέσω διαγραμμάτων της μέγιστης τάσης και της απόστασης των εγκοπών και ποιοτικά μέσω των απεικονίσεων του SolidWorks. Από τα διαγράμματα που δημιουργήσαμε καταλήξαμε στα εξής συμπεράσματα : Στην κάμψη παρατηρήσαμε ότι όσο αυξάναμε την απόσταση των εγκοπών οι τιμές των τάσεων μέσα από αυξομειώσεις στις μέγιστες τιμές τους, σταδιακά μειώνονταν , έχουμε δηλαδή κυρίως αρνητική κλίση των καμπυλών στα διαγράμματα. Μεγαλύτερη συγκέντρωση τάσεων είχαμε στις παρίες της σφηναύλακας και μικρότερη στη διαβάθμιση. Στην στρέψη παρατηρήσαμε ότι όσο αυξάναμε την απόσταση των εγκοπών οι τιμές των τάσεων παρουσίασαν αρκετά έντονες αυξομειώσεις χωρίς όμως να υπερτερούν οι αρνητικές ή οι θετικές κλίσεις των καμπυλών. Μεγαλύτερη συγκέντρωση τάσεων είχαμε στις παρίες της σφηναύλακας όμως σε σχέση με τη κάμψη είχαμε πολύ μεγαλύτερες τιμές τάσεων στη διαβάθμιση αρκετά κοντά με αυτές της σφηναύλακας. Στην σύνθετη καταπόνηση σε στρέψη και κάμψη παρατηρήσαμε ότι στις περιπτώσεις που ασκήσαμε ροπή στα άκρα της ατράκτου όσο αύξαναν με την απόσταση των εγκοπών οι τιμές των τάσεων παρουσίασαν αρκετά έντονες αυξομειώσεις χωρίς όμως να υπερτερούν ο ι αρνητικές ή οι θετικές κλίσεις των καμπυλών. Στην περίπτωση που η στρέψη ως αποτέλεσμα ασκούμενης δυνάμεως στις παρίες της σφηναύλακας παρατηρήσαμε ότι όσο αυξάναμε την απόσταση των εγκοπών οι τιμές των τάσεων ελαφρώς αυξανόταν (θετική κλίση καμπυλών) και ήταν και αρκετά μεγαλύτερες από τις τάσεις της προηγούμενης περίπτωσης. Μεγαλύτερη συγκέντρωση τάσεων και στις δύο περιπτώσεις είχαμε στις παρίες της σφηναύλακας όμως σε σχέση με τη κάμψη και τη στρέψη μόνο είχαμε πολύ μεγαλύτερες τιμές τάσεων τόσο στη σφηναύλακα όσο και στη διαβάθμιση.