مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

دوام خستگی کم‌چرخه فیوزهای آگزتیک 316L تولیدشده به روش L-PBF: پیش‌بینی عددی با استفاده از مدل‌های شابوش و CVGM

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسنده
استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران
10.22065/jsce.2026.588762.4042
چکیده
توسعۀ پایدار در مهندسی زلزله نیازمند گذار از فلسفۀ سنتی شکل‌پذیری به سمت استراتژی‌های نوین طراحی تاب‌آور و بازگشت‌پذیری سازه‌ها است. در این میان، به‌کارگیری فیوزهای سازه‌ای فداشونده به عنوان اعضای اصلی اتلاف انرژی در قاب‌های فولادی، راهکاری کارآمد جهت تمرکز آسیب و تسهیل فرآیند تعمیرپذیری محسوب می‌شود. پژوهش حاضر به بررسی آزمایشگاهی و عددی رفتار چرخه‌ای متامتریال‌های مکانیکی آگزتیک با شبکۀ هندسی تورفته به عنوان فیوزهای سازه‌ای جریان‌دهندۀ انرژی می‌پردازد که از جنس فولاد ضدزنگ 316L و با استفاده از فناوری ساخت افزایشی به روش ذوب انتخابی با لیزر در بستر پودر (L-PBF) تولید شده‌اند. ارزیابی‌های چرخه‌ای برای سنجش پاسخ سینماتیکی و بازتوزیع تنش در پیکربندی‌های آگزتیک پرینت‌شدۀ سه‌بعدی انجام شد که با بهره‌گیری از اثر ضریب پواسون منفی، حجم وسیع‌تری از ماده را در رژیم پلاستیک شدید بسیج می‌کند. در گام بعد، یک مدل عددی با انطباق بالا در محیط نرم‌افزار آباکوس برای پیش‌بینی عمر خستگی کم‌چرخۀ شدید (ULCF) توسعه یافته است. کالیبراسیون مدل با استفاده از معیارهای مکانیک شکست نرم پیشرفته و مدل چرخه‌ای رشد حفره‌ها (CVGM) صورت گرفت. بررسی‌های آزمایشگاهی نشان می‌دهد که پیکربندی‌های آگزتیک پاسخ سینماتیکی همگام‌یافته‌ای بروز داده و از طریق بازتوزیع فراگیر تنش، به ظرفیت جذب انرژی ویژۀ فوق‌العاده بالایی دست می‌یابند. علاوه بر این، پیش‌بینی‌های عددیِ عمر خستگی (ULCF) انطباق بسیار بالایی با نتایج آزمایش‌های چرخه‌ای نشان داد. نتایج این پژوهش، پتانسیل بالای متامتریال‌های آگزتیک را به عنوان فیوزهای سازه‌ای با راندمان بالا در مهندسی زلزلۀ تاب‌آور اثبات می‌کند و تأیید می‌نماید که تلفیق فناوری تولید افزایشی و مدل‌سازی پیشرفته‌ی مکانیک شکست، چارچوب مطمئنی برای طراحی لرزه‌ای فراهم می‌آورد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Low-cycle fatigue endurance of L-PBF 316L auxetic fuses: Numerical life prediction using Chaboche and CVGM models

نویسنده English

Arash Bayat
Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran
چکیده English

Sustainable development in earthquake engineering necessitates a paradigm shift from traditional ductility-based design philosophies toward innovative structural resilience and seismic recoverability strategies. In this context, the deployment of sacrificial structural fuses as primary energy dissipation elements in steel frames represents an efficient approach to concentrate damage and facilitate repairability. This study presents an experimental and numerical investigation into the cyclic behavior of mechanical auxetic metamaterials with a re-entrant geometric lattice, serving as energy-channelling structural fuses. These fuses were fabricated from 316L stainless steel using additive manufacturing via laser powder bed fusion (L-PBF). Cyclic evaluations demonstrate that these 3D-printed auxetic configurations exhibit a synchronized kinematic response, leading to a balanced and pervasive stress redistribution across the ligament network. Utilizing the negative Poisson's ratio effect to mobilize a larger volume of material within the severe plastic regime, this mechanism achieves an exceptionally high specific energy absorption capacity. Furthermore, a high-fidelity numerical model was developed in ABAQUS to predict ultra-low cycle fatigue (ULCF) life. The model calibration was performed utilizing advanced ductile fracture mechanics criteria and the cyclic void growth model (CVGM), which demonstrated excellent agreement with the experimental results. The findings of this research establish the significant potential of auxetic metamaterials as high-efficiency structural fuses in resilient earthquake engineering.

کلیدواژه‌ها English

Auxetic metamaterials
Structural fuse
Additive manufacturing
Specific energy absorption
Ultra-low cycle fatigue

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 12 مرداد 1405

  • تاریخ دریافت 07 تیر 1405
  • تاریخ بازنگری 10 مرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 12 مرداد 1405