கணினி சார் பொறியியல்

கணினி சார்ந்த பகுப்பாய்வு(CAE)

ஒரு பொருளின் மீது வெளிவிசை செலுத்தப்படும்போது அதனால் அப்பொருளில் ஏற்படக்கூடிய மாற்றத்தையோ அல்லது விரிசளையோ கணினி மூலம் கண்டறிவதே கணினி சார்ந்த பகுப்பாய்வு எனப்படுகிறது.

முற்று கூறுகள்(FEM)

முற்று கூறுகள் முறை(FEM) அடிப்படையில் ஒரு பொருளானது பல சிறு கூறுகளாகப் பிரிக்கப்பட்டு பகுப்பாய்வுக்கு உட்படுத்தப்படுகிறது. பொருளை, பல சிறு கூறுகளாகப் பிரித்து பகுப்பாய்வு செய்ய பல மென்பொருட்கள் பயன்படுத்தப்படுகிறது (I-DEAS, ANSYS, HYPER MESH.etc). ஒரு பொருளை பகுப்பாய்வு செய்வதற்கு முன்பு தகைவு மற்றும் திரிபு பற்றி தெரிந்துகொள்வது அவசியம்.

தகைவு (stress)

இயந்திரவியலில் தகைவு (stress) எனப்படுவது, உருக்குலைந்த பொருளினுள் ஏற்படும் மீள் விசையை அளக்கும் அளவு. எந்த ஒரு பொருளின் மீதும் புறவிசை செயல்படும்போது, பொருளிலுள்ள மூலக்கூறுகட்கிடையே சார்பு இடப்பெயர்ச்சி ஏற்படுகிறது. இதனால் பொருளினுள் எதிர்வினைவிசை (மீள்விசை) தோன்றி புறவிசையை சரி செய்கிறது. இந்த உள்விசைதான் பொருளினைத் தன் பழைய நிலைக்குக் கொண்டுவர முயற்சி செய்கிறது.இந்த மீள்விசையின் அளவு உருக்குலைவைப் பொருத்ததாகும்.உருக்குலைந்த பொருளின் ஓரலகு பரப்பில் செயல்படும் மீள்விசை தகைவு ஆகும். பொருளின் மீது செயல்படும் விசை F எனவும், பரப்பளவு A எனவும் கொண்டால்

தகைவு (stress)

தகைவு = மீள் விசை (F) / பரப்பளவு (A)

தகைவின் அலகு பாசுக்கல் (pa) எனப்படும். பாசுக்கல் என்பது ஒரு சதுர மீட்டர் பரப்பில் செயல்படும் ஒரு நியூட்டன் அழுத்தம் ஆகும்.

திரிபு(strain)

பொருளின் மீது உருக்குலைவு விசை செயல்படும் பொது அதன் பரிமாணத்தில் ஏற்படும் மாற்றத்திற்கும், ஆரம்ப பரிமாணத்திற்குமிடையே உள்ள தகைவு திரிபு எனப்படும்.

திரிபு = பரிமாண மாற்றம் / ஆரம்ப பரிமாணம்

திரிபு(strain)

பரிமாண மாற்றம் = இறுதி பரிமாணம் (L)- ஆரம்ப பரிமாணம் (Lo)

நீண்ட திரிபு = L - Lo / Lo

பக்கவாட்டு திரிபு = D - Do / Do

திரிபுக்கு அலகு கிடையாது (mm/mm)

சோர்வு முறிவு (FATIGUE FRACTURE ANALYSIS)

மகிழுந்து வடிவமைப்பு பகுப்பாய்வில் முக்கியமான ஒன்று சோர்வு முறிவு (FATIGUE FRACTURE ANALYSIS)பகுப்பாய்வு ஆகும். தொடர்ந்து ஒரு பொருளின் மீது மாறிக்கொண்டிருக்கும் பளு(FLUCTUATING LOAD) அல்லது சுழல் பளு (CYCLIC LOAD) ஆட்கொள்ளும்போது அப்பொருள் பலவீனப்பட்டு விரிசல் உண்டாகிறது. இறுதித்திறன் (Ultimate Strength) தகைவு அளவை விடக் குறைவாக இருக்கும்போதும் கூட விரிசல் ஏற்படுகிறது. அனைத்து கட்டமைப்பு தோல்விகளில் சுமார் 95% சோர்வு முறிவு மூலம் ஏற்படுகிறது.

சோர்வு முறிவு

இவை இரண்டு வகையாக பிரிக்கப்படுகிறது.

1.குறைந்த சுழற்சி சோர்வு ---20000 எண்ணிக்கைக்கும் குறைவான சுழற்சியில் முறிவு ஏற்படுதல்.

2.அதிக சுழற்சி சோர்வு --- 20000 எண்ணிக்கைக்கும் அதிகமான சுழற்சியில் முறிவு ஏற்படுதல்.

குறைந்த சுழற்சி சோர்வு

குறைந்த சுழற்சி சோர்வுவில் உருவாகக்கூடிய தகைவு என்பது எப்போதும் நெகிழ்வு திறனை (YIELD POINT) விட அதிகமாகவே இருக்கும்.நேரியலற்ற வரம்பில் இருக்ககூடும்.NEUBER’S விதியின்படி, தகைவு - திரிபு வரைபடத்தை பயன்படுத்தி நேரியலற்ற தகைவை நேரியல் தகைவாக மாற்றப்பட்டு பகுப்பாய்வு செய்யப்படுகிறது.

அதிக சுழற்சி சோர்வு

அதிக சுழற்சி சோர்வு என்பதை இரண்டு விதமான முறையில் மதிப்பாய்வு செய்யப்படுகிறது.

1.S-N CURVE வரைபடம் முலமாக

2.சோர்வு வரம்பு வரைபடம் முலமாக (FATIGUE LIMIT DIAGRAM)

S-N வளைவரை

இயந்திர கட்டமைப்பின் பாதுகாப்பு மற்றும் நம்பகத்தன்மையை உறுதி செய்ய S-N வளைவரைவு வேண்டும்.

S-N வளைவரைவில் S என்பது தகைவை குறிக்கக்கூடியது, இது திரும்ப திரும்ப ஏற்படக்கூடிய ஏற்ற இறக்க பளுவால் உருவாகும் தகைவு ஆகும்.

S-N வளைவரைவில் N என்பது உடைதளுக்குரிய சுழற்சியின் எண்ணிக்கையை குறிப்பதாகும்.

S செங்குத்து அச்சில் விவரிக்கிறது மற்றும் N குறுக்கு அச்சு விவரிக்கிறது.

நாம், இந்த வரைபடத்தில் இருந்து பார்க்கும்போது தகைவு அளவானது கீழ் நோக்கிச் சென்று ஒரு குறிப்பிட சுழற்சி எண்ணிக்கைக்கு பிறகு தகைவு அளவில் பெரும் மாற்றம் ஏற்படுவதில்லை, இந்த நிலையைத்தான் FATIGUE LIMIT என்கிறோம். இந்த FATIGUE LIMIT அளவுக்கு கிழ் வடிவமைக்கப்படும் எந்த ஒரு பொருளும் உடைவதற்கு வாய்ப்புகள் குறைவே.

S-N CURVE

சிறிய தகைவு அளவுகளில் கூட விரிசல்கள் ஏற்படுகிறது இதை இப்போது ஆராய்ச்சியில் ஈடுபடுத்தி புதிய கோட்பாடுகளை உருவாக்கிகொண்டிருக்கின்றனர்.FATIGUE LIMIT நிர்ணயிப்பதில் சில புதிய கோட்பாடுகளை உருவாக்கிகொண்டிருக்கின்றனர்.10^7 சுழற்சி எண்ணிக்கைக்கு பிறகு ஏற்படக்கூடிய தகைவையே FATIGUE LIMITஆக கணக்கிடப்படுகிறது. சில சமயங்களில் Giga சுழற்சி எண்ணிக்கையில் விரிசல் ஏற்படுவதாக கண்டறியப்பட்டுள்ளது

அயாவு வரம்பு

அயாவு வரம்பு அல்லது சோர்வு வரம்புக்கு கிழே தகைவு அளவு இருக்கும்பட்சத்தில் வரையறையற்ற எண்ணிக்கையில் தகைவு சுழற்சி இருந்தாலும் விரிசல் ஏற்படாது.

FATIGUE

சராசரி தகைவின் அடிப்படையில் சோர்வு முறிவு வரைபடம் வரையப்படுகிறது இதன்முலம் பொருளின் மீது ஏற்படும் தகைவை வரைபடத்தில் பதிவு செய்து,பாதுகாப்பு வளையத்திற்குள்ளான தகைவா என்பதை உறுதி செய்யலாம்.

அயாவு வரம்பு வரைபடம் மூலம் அதன் உறுதித்தன்மையை கணக்கிடுதல்.

ஒரு பொருளின் மீது வரையறையற்ற எண்ணிக்கையில் சுழற்சி பளுவும் மற்றும் மாறா பளுவும் ஆட்கொள்ளும் போது ஏற்படும் தகைவுகளை கணக்கிடவேண்டும். படத்தை பார்க்கவும்.

Average stress (σm) = மாறா பளு(தகைவு max) + சுழற்சி பளு/2(தகைவு max)

Average stress (σm) = 32 + 182/2 = 123Mpa

தகைவு அளவு

Amplitude stress(σa) மாறா பளுவின் வீச்சு (Amplitude) எப்போதும் 0 வாக இருக்கும், எனவே சுழற்சி பளுவில் பாதிஅளவு எடுத்துக்கொள்ளவேண்டும்.

Amplitude stress(σa) = சுழற்சி பளு/2(தகைவு max)

Amplitude stress(σa) = 182/2 = 91Mpa

FATIGUE LIMIT DIAGRAM

கிடைக்கபெற்ற இந்த தகைவுகளை வரைபடத்தில் பதிவிட்டு, பாதுகாப்பு வளையத்திற்குள் இருக்கிறதா என்பதை உறுதிசெய்து கொள்ளலாம் .