تھکاوٹ کی ناکامی میکانی اجزاء کے سب سے عام ناکامی طریقوں میں سے ایک ہے۔ اعداد و شمار کے اعداد و شمار سے پتہ چلتا ہے کہ 50% سے 80% تمام مکینیکل حصوں کی ناکامیوں کی وجہ تھکاوٹ کے نقصان سے ہے۔ تھکاوٹ کے فریکچر سے پہلے، اجزاء عام طور پر کوئی واضح پلاسٹک کی خرابی یا ناکامی سے پہلے کی-علامات ظاہر نہیں کرتے۔ اس کے باوجود، تھکاوٹ کا فریکچر اچانک اور تباہ کن طور پر ہوتا ہے، جو اکثر سامان کی شدید خرابیوں اور حفاظتی حادثات کا باعث بنتا ہے۔ تھکاوٹ کا نقصان مخصوص ابتدائی اور تبلیغی قوانین کی پیروی کرتا ہے اور بالآخر مکمل تھکاوٹ کے فریکچر میں ترقی کرتا ہے۔
تھکاوٹ کی تعریف: دھاتی تھکاوٹ سے مراد دھاتی مادوں کی مکینیکل خصوصیات کا مسلسل بگڑ جانا ہے جو بار بار باری باری باری باری باری باری باری باری دباؤ یا تناؤ کی وجہ سے ہوتا ہے۔
تھکاوٹ کے فریکچر کی تعریف: جب دھاتی مواد طویل مدتی چکراتی متبادل تناؤ اور تناؤ کا شکار ہوتے ہیں، مقامی مائیکرو اسٹرکچرل تبدیلیاں اور اندرونی نقائص کا مسلسل پھیلاؤ ہوتا ہے، جس کے نتیجے میں مکینیکل خواص کا انحطاط اور اجزاء کے مکمل فریکچر ہوتے ہیں۔ اس ناکامی کے عمل کو تھکاوٹ کے فریکچر سے تعبیر کیا جاتا ہے۔ تناؤ جو تھکاوٹ کے فریکچر کو جنم دیتا ہے عام طور پر مواد کی جامد طاقت کی حد سے کہیں کم ہوتا ہے۔ تھکاوٹ کے فریکچر کی خصوصیت اچانک واقع ہونے، اعلی مقام، اور سطح اور اندرونی نقائص کے لیے اعلیٰ حساسیت سے ہوتی ہے۔
1. فریکچر سطح کا میکروسکوپک مورفولوجی تجزیہ
اس کیس کا تحقیقی مقصد ایک فریکچرڈ سٹڈ بولٹ ہے جو ونڈ ٹربائن کے آلات میں استعمال ہوتا ہے۔ فریکچر کی سطح کی میکروسکوپک مورفولوجیکل خصوصیات کا تجزیہ اس طرح کیا جاتا ہے:
1. فریکچر کی سطح کے نچلے بائیں اور دائیں جانب فاسد مقعر اور محدب شکلیں موجود ہیں۔ بائیں طرف آرک-کی شکل کا محدب نشان دکھاتا ہے، جب کہ دائیں جانب متعدد چھوٹے سیرٹیڈ نشانات کے ساتھ تقسیم کیا جاتا ہے۔ فریکچر کا نیچے کا آرک ایک تیز کٹنگ کنارہ بناتا ہے۔
2. فریکچر کا ایک بڑا مرکزی علاقہ شگاف کے پھیلاؤ کے علاقے کے طور پر کام کرتا ہے، جو ساحل کے مختلف نشانات سے ڈھکا ہوا ہے، جو تھکاوٹ کے فریکچر کی مخصوص میکروسکوپک خصوصیات ہیں۔
3. کریک انیشیشن زون اور بیچ مارک پروپیگیشن زون کی فریکچر سطح پر زنگ کے نشانات دیکھے جاتے ہیں، جو بیرونی ماحول میں طویل مدتی نمائش کی وجہ سے ہوتے ہیں۔
4. فوری فریکچر زون ایک چوڑا اور باریک قینچ والا ہونٹ پیش کرتا ہے جس میں ہموار اور روشن فریکچر سطح زنگ سے پاک ہوتی ہے۔ اس سے ظاہر ہوتا ہے کہ آخری فریکچر تیزی سے ہوا اور اس کا تعلق فوری طور پر ڈکٹائل فریکچر سے ہے۔
5. ٹوٹے ہوئے سٹڈ کی نچلی پنڈلی میں واضح رگڑ کے نشانات کے ساتھ ایک ہموار اور روشن سطح ہوتی ہے، جو طویل مدتی بار بار رگڑ سے پیدا ہونے والی ایک ہموار قوس کی سطح بناتی ہے۔
6. فریکچر کی پوزیشن پر کوئی واضح گردن یا اخترتی نہیں پائی جاتی ہے، جو اوورلوڈ ٹینسائل فریکچر کے امکان کو خارج کرتی ہے۔
2. میکروسکوپک ناکامی کے طریقہ کار کا تجزیہ
1. شگاف کے نچلے حصے سے شروع ہوتے ہیں۔سٹڈ بولٹ. نیچے کی پنڈلی پر ہموار کٹنگ ایج، سیرٹیڈ نوچز اور آرک-کی شکل والے خلا تناؤ کے ارتکاز والے علاقوں کی تشکیل کرتے ہیں، جو کہ شگاف شروع کرنے کے اصل ذرائع ہیں۔
2. کریک پروپیگیشن زون میں ساحل کے نشان کی خصوصیات نمایاں ہیں۔ ابتدائی پھیلاؤ کے مرحلے میں، ساحل کے نشانات کا فاصلہ چھوٹا ہوتا ہے، جو چکراتی ٹینجینٹل دباؤ کے تحت مستحکم اور سست شگاف کی نشوونما کو ظاہر کرتا ہے۔ بعد کے پھیلاؤ کے مرحلے میں، وقفہ کاری نمایاں طور پر بڑھ جاتی ہے، جس سے شگاف کے تیز پھیلاؤ اور ناکامی کے بڑھتے ہوئے خطرے کا مظاہرہ ہوتا ہے۔
3. فوری فریکچر زون میں چوڑا، باریک اور روشن قینچ والا ہونٹ مخصوص ڈکٹائل فریکچر کی خصوصیات کو ظاہر کرتا ہے، یہ ثابت کرتا ہے کہ سٹڈ بہترین جامع میکانکی خصوصیات کے ساتھ اچھی طرح سے مماثل طاقت اور سختی رکھتا ہے۔
4. سٹڈ سائیڈ پر ہموار قوس کی سطح ایک عام رگڑ مورفولوجی ہے۔ یہ اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ سٹڈ نے لمبے عرصے تک پس منظر کے متبادل تناؤ کو برداشت کیا، آپریشن کے دوران مسلسل بدلا ہوا، اور گیئر ہول والی دیوار کے ساتھ بار بار رگڑ اور اخراج پیدا کیا، آخر کار ایک چمکدار ہموار سطح بنتی ہے۔
میکروسکوپک نتیجہ: سٹڈ کا فریکچر ایک عام موڑنے والا تھکاوٹ فریکچر ہے۔ فوری فریکچر زون ٹوٹنے والی فریکچر خصوصیات کے بغیر سازگار ڈکٹائل فریکچر خصوصیات پیش کرتا ہے۔
3. مائکروسکوپک مورفولوجی تجزیہ
فریکچر کے طریقہ کار کو مزید واضح کرنے کے لیے، فریکچر کے نمونے پر الیکٹران مائیکروسکوپ (SEM) کی مائیکروسکوپک ڈٹیکشن سکیننگ کی گئی تاکہ فریکچر کے مختلف علاقوں کی مائیکرو اسٹرکچرل خصوصیات کا مشاہدہ کیا جا سکے۔
1. SEM مشاہدہ کریک پروپیگیشن زون میں مخصوص اور باقاعدہ تھکاوٹ کا پتہ دیتا ہے، جو کہ دھاتی تھکاوٹ کے فریکچر کی بنیادی خوردبین خصوصیات ہیں اور میکروسکوپک ساحل کے نشانات سے اچھی طرح مطابقت رکھتی ہیں، تھکاوٹ کی ناکامی کی تصدیق کرتی ہے۔
2. SEM امیجز میں یکساں طور پر تقسیم کیے گئے ڈمپل کی ایک بڑی تعداد دیکھی گئی ہے، جو بہترین مادی سختی کے مخصوص خوردبینی مظہر ہیں۔ یہ میکروسکوپک فریکچر زون میں چوڑے قینچ والے ہونٹ سے میل کھاتا ہے اور سٹڈ کی مضبوطی اور پلاسٹکٹی کے معقول ہم آہنگی کی تصدیق کرتا ہے۔
3. فریکچر کی پوری سطح پر کوئی بڑی-علاقہ کلیویج فریکچر مورفولوجی نہیں پائی جاتی ہے۔ مقامی علاقوں میں صرف تھوڑی سی مقدار میں کلیویج خصوصیات ظاہر ہوتی ہیں، جو ڈمپل کے ساتھ بدلتی ہیں۔ یہ اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ مواد میں کم ٹوٹ پھوٹ اور طاقت اور سختی کا بہترین میچ ہے۔
مائیکروسکوپک نتیجہ: کی اصل سطحجڑنااعلی سطح کی کھردری کے ساتھ موڑنے والے آلے کے نشانات کو برقرار رکھتا ہے، کمزور کشیدگی کے ارتکاز والے علاقوں کو تشکیل دیتا ہے۔ آلات کے آپریشن کے دوران، سٹڈ مسلسل باری باری ٹینجینٹل موڑنے کا دباؤ برداشت کرتا ہے، اور سطح کے آلے کے نشانات کو بار بار رگڑ کے ذریعے ایک ہموار قوس کی سطح میں پالش کیا جاتا ہے۔ لمبے-ٹرم ہائی-فریکوئنسی ریپروکیٹنگ موڑنے، تصادم اور رگڑ کے تحت، مائیکرو کریکس ترجیحی طور پر کھردری سطح کے نقائص سے شروع ہوتے ہیں اور تھکاوٹ کے ذرائع بناتے ہیں۔ باری باری بوجھ کے مسلسل عمل کے ساتھ، دراڑیں بتدریج پھیلتی ہیں اور آخر کار ہائی-سائیکل موڑنے والی تھکاوٹ کے فریکچر کا باعث بنتی ہیں۔ میکروسکوپک اور مائکروسکوپک مورفولوجیکل خصوصیات انتہائی مطابقت رکھتی ہیں، یہ ثابت کرتی ہیں کہ اچانک فریکچر جمع موڑنے والے تھکاوٹ کے نقصان کی وجہ سے ہوتا ہے۔
4. سائٹ پر-تحقیقات اور کام کے حالات کا تجزیہ
اصل ناکامی کام کرنے کی حالت کو بحال کرنے کے لیے، ونڈ ٹربائن سائٹ پر دو آن- تحقیقات کی گئیں۔ متعلقہ معلومات بشمول آلات کے آپریشن کا دورانیہ، اسمبلی کا عمل، تنصیب کی پوزیشن، فریکچر مورفولوجی اور دیکھ بھال کے ریکارڈ کی ناکامی کے حالات کو واضح کرنے کے لیے تصدیق کی گئی۔
تیس 1.5 میگاواٹ سے زیادہ ونڈ ٹربائنیں تین سالوں سے کام کر رہی ہیں، اور صرف ایک سٹڈ بولٹ فریکچر ہوا، جو کہ ایک انفرادی ناکامی کا معاملہ ہے۔ سائٹ پر- معائنہ سے پتہ چلتا ہے کہ فریکچرڈ سٹڈ پوزیشنل انحراف کے ساتھ نصب کیا گیا تھا۔ پنڈلی کے ایک طرف نے بغیر کسی وقفے کے گیئر ہول کے آخری چہرے کو قریب سے فٹ کیا تھا، جبکہ دوسری طرف ایک بڑی اسمبلی کلیئرنس تھی۔ تنصیب کے انحراف کی وجہ سے ٹربائن آپریشن کے ساتھ سٹڈ کو مسلسل موڑنا اور بدلنا پڑتا ہے، جس سے طویل مدتی متبادل لیٹرل بوجھ پیدا ہوتا ہے اور ممکنہ تھکاوٹ کی ناکامی کے خطرات پیدا ہوتے ہیں۔
سٹڈ کا قریب سے لگایا ہوا حصہ خالی اور ٹولز کے لیے ناقابل رسائی تھا، جس سے یہ ثابت ہوتا ہے کہ اس پوزیشن نے انتہائی ہائی سائیکلک ٹینجینٹل تناؤ کو برداشت کیا اور بعد میں جدا کرنے میں بڑی دشواری کا باعث بنی۔ مسلسل محوری عمودی متبادل تناؤ کے تحت، سوراخ کی دیوار کو فٹ کرنے والے سٹڈ کے سائیڈ کو بار بار موڑنے، اثر اور گیئر ہول کے ساتھ رگڑ کا سامنا کرنا پڑا۔ اصل موڑ کے نشانات مکمل طور پر ختم ہو گئے تھے، جو واضح رگڑ کی خصوصیات کے ساتھ ایک آئینہ-کی طرح ہموار قوس کی سطح بنا رہے تھے۔
ونڈ ٹربائن 17 r/منٹ کی گردشی رفتار سے 15 گھنٹے فی دن کام کرتی ہے، جو روزانہ تقریباً 15,300 سائیکل پیدا کرتی ہے۔ کل آپریٹنگ سائیکل آدھے سال کے اندر 2.8×10⁶ اور ساڑھے تین سال کے اندر 2.0×10⁷ تک پہنچ جاتے ہیں۔ سٹڈ تقریباً 4 ملی میٹر کے ایک چھوٹے طول و عرض کے اندر جھولتا ہے جس میں کم تناؤ کا طول و عرض اور کم مجموعی تناؤ کی سطح ہوتی ہے، جس کا تعلق عام کم-تناؤ زیادہ-سائیکل تھکاوٹ کے کام کرنے والے حالات سے ہوتا ہے۔ فریکچر متبادل لیٹرل بوجھ کے تحت طویل مدتی جمع موڑنے والی تھکاوٹ کی وجہ سے ہوتا ہے، جو بولٹ موڑنے والی تھکاوٹ کے فریکچر کا ایک عام معاملہ ہے۔
5. جامع خلاصہ
1. سٹڈ کے فیل موڈ کی تصدیق موڑنے والی تھکاوٹ کے فریکچر کے طور پر ہوتی ہے، بجائے اس کے کہ اوورلوڈ فریکچر، برٹل فریکچر یا مادی نقائص کی وجہ سے فریکچر۔
2. ناکامی کی بنیادی وجہ اسمبلی کا غلط عمل ہے۔ پوزیشنی انحراف گیئر ہول کے ساتھ سٹڈ کی یکطرفہ قریبی فٹنگ کا باعث بنتا ہے، جس کے نتیجے میں مستقل متبادل ٹینجینٹل موڑنے کا تناؤ ہوتا ہے۔ ہائی-سائیکل آلات کے آپریشن کے دوران تھکاوٹ کا نقصان مسلسل جمع ہوتا رہتا ہے اور آخر کار موڑنے والی تھکاوٹ کے فریکچر کا سبب بنتا ہے۔
