Analytical and Numerical Analysis of Swage Autofrettage Process Applied to Thick Walled Cylinders

Abstract

Otofretaj, kalın cidarlı silindirlerin cidarlarında, kullanım öncesi kalıcı gerilmeler oluşturma işlemidir. Bu kalıcı gerilmeler, yüksek basınçların kullanıldığı uygulamalarda ortaya çıkan gerilmelerin bir kısmının yok edilmesi suretiyle, kalın cidarlı silindirlerin basınç taşıma kapasitelerinin artırılmasına yardımcı olmaktadır. Pratikte hidrolik ve mekanik olmak üzere iki farklı otofretaj yöntemi vardır. Mekanik otofretaj tekniği, kalın cidarlı silindirlerde faydalı kalıcı gerilmeler oluşturmak için hidrolik otofretaj tekniğine göre daha ekonomik bir yöntemdir. Bu çalışmada bir ağır silah namlusunun üretimi sırasında uygulanan mekanik otofretaj işlemi sonucu ortaya çıkan kalıcı gerilmelerin, namlunun çalışma şartlarında oluşan gerilme dağılımlarını ne şekilde etkilediği araştırılıyor. İlk başta gerilme dağılımları Tresca ve Von Mises akma kriterlerinin her ikisi için analitik yöntemle elde ediliyor. Daha sonra sonlu elemanlar metodunu kullanan ticari bir bilgisayar yazılımı yardımıyla analitik modelin doğrulaması yapılıyor. Hesaplamalarda mandrel dış çapı sabit alınırken, silindir iç çap değerleri değiştirilerek farklı % arakesit değerleri için elde edilen sonuçlar karşılaştırılıyor. Elde edilen sonuçlar, otofretaj görmüş silindirde çalışma basıncında oluşan maksimum eşdeğer gerilmenin elastik-plastik yarı çap bölgesinde oluştuğunu göstermektedir. Farklı % arakesit değerleri için 400 MPa çalışma basıncında eşdeğer gerilme dağılımları elde ediliyor. Analitik model kullanılarak, Von Mises ve Tresca kriterlerinin her ikisi için ayrı ayrı eşdeğer gerilme dağılımları elde ediliyor ve her iki akma kriterine göre optimum arakesit değeri %1 olarak bulunuyor. Sonlu elemanlar yönteminde ise Tresca kriteri için optimum arakesit değeri %1 olarak bulunurken, Von Mises kriteri için %1.5 olarak bulunuyor. Hem analitik modelde ve hem de sonlu elemanlar modelinde Bauschinger etkisi kinematik pekleşme modeli ile temsil ediliyor. Analitik model kullanılarak elde edilen sonuçlara göre Bauschinger etkisi ikincil bir plastik akmaya neden olmazken, sonlu elemanlar modeli ile elde edilen sonuçlara göre Bauschinger etkisinin ikincil plastik akmaya neden olduğu görülüyor.