تحلیل وابسته به زمان رفتار لوله‌های فولادی تقویت‌شده با GFRP تحت اثر بارگذاری مرحله‌ای و ریلکسیشن تنش

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک، اراک

2 هیات علمی گروه مکانیک دانشگاه صنعتی اراک

10.61186/masm.2025.2074178.1172
چکیده
در این پژوهش، رفتار زمانی و استراحت تنش لوله‌های فولادی بدون درز API-X42 تقویت‌شده با کامپوزیت الیاف شیشه مورد مطالعه قرار گرفت تا اثرات وابسته به زمان ‌بر پایداری و ظرفیت باربری سیستم بررسی شود. پوشش کامپوزیتی لایه‌ای E-glass با رزین اپوکسی بر روی ناحیه اتصال لوله‌ها اعمال شد. آزمایش کشش به‌صورت تک‌مرحله‌ای و چندمرحله‌ای با توقف ۱۰ دقیقه‌ای در هر مرحله انجام شد و داده‌های تنش-زمان به‌صورت نرمال شده ثبت گردید. نتایج نشان داد که نرخ پایین پیشروی موجب آزادسازی تدریجی تنش و پایداری طولانی‌تر سیستم می‌شود، در حالی که نرخ‌های بالاتر باعث آزادسازی سریع‌تر تنش‌ها و رسیدن به وضعیت پایدار در مراحل اولیه می‌گردد. همچنین، افزایش تعداد مراحل بارگذاری منجر به کاهش تجمعی تنش و نزدیک شدن رفتار سیستم به حالت شبه‌پایدار شد. در نرخ‌های ۵۰، ۱۰۰ و ۲۰۰ میلی‌متر بر دقیقه، مقدار نهایی استراحت تنش به ترتیب 9/8، 7/7 و 4/9 درصد ثبت شد. این یافته‌ها نشان‌دهنده نقش کلیدی ویسکوالاستیسیته رزین و توزیع تنش بین الیاف و فلز در پایداری مکانیکی سیستم است و اهمیت بررسی رفتار زمانی در طراحی و پیش‌بینی عملکرد بلندمدت لوله‌های فولادی تقویت‌شده را تأیید می‌کند. نتایج این پژوهش راهنمایی روشن برای مطالعات آینده ارائه می‌دهد تا تأثیر بارگذاری چندمرحله‌ای و مکانیزم‌های شکست نهایی در سیستم‌های ترکیبی فولاد-کامپوزیت به‌طور جامع بررسی شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Time Dependent Analysis of the Behavior of GFRP-Strengthened Steel Tubes under Stepwise Loading and Stress Relaxation

نویسندگان English

Ramin Beyranvand 1
Mehdi Ansari 2
1 Department of Mechanical Engineering, Arak University of Technology, Arak
2 Faculty of Mechanics, Arak University of Technology
چکیده English

In this study, the time-dependent behavior and stress relaxation of API-X42 seamless steel pipes reinforced with glass fiber composites were investigated to assess the effects of time on system stability and load-bearing capacity. A composite layer of E-glass fibers embedded in epoxy resin was applied to the pipe joint regions. Tensile tests were conducted in single-step and multi-step modes, with a 10minute hold at each stage, and the stress–time data were recorded in normalized form. The results indicated that lower loading rates promoted gradual stress relaxation and extended system stability, whereas higher rates led to faster stress release and attainment of a stable state in the early stages. Moreover, increasing the number of loading steps resulted in cumulative stress reduction and brought the system behavior closer to a quasi-stable state. At loading rates of 50, 100, and 200 mm/min, the final stress relaxation values were recorded as 8.9%, 7.7%, and 9.4%, respectively. These findings highlight the key role of resin viscoelasticity and stress distribution between fibers and steel in the mechanical stability of the system and underscore the importance of evaluating time-dependent behavior in the design and long-term performance prediction of reinforced steel pipes. The results of this study provide clear guidance for future research aimed at comprehensively investigating the effects of multi-step loading and ultimate failure mechanisms in steel–composite hybrid systems.

کلیدواژه‌ها English

Composite
GFRP
Stepwise Loading
Relaxation

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 01 آذر 1404

  • تاریخ دریافت 18 مهر 1404
  • تاریخ بازنگری 28 آبان 1404
  • تاریخ پذیرش 01 آذر 1404