Probabilistic Characterization of Mechanical Properties and Reliability Assessment of Metal Castings

Probabilistic Characterization of Mechanical Properties and Reliability Assessment of Metal Castings. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (M.S Thesis_Ibrahim Osman_ME_2019)
Ibrahim Osman_Apr2019_Final Draft.pdf - Submitted Version
Restricted to Repository staff only until 23 December 2020.

Download (2MB)

Arabic Abstract

في هذا البحث سوف نستكشف الطبيعة الاحتمالية للمنتجات المعدنية التي تم سباكتها. نتائج من الدراسات السابقة وبالإضافة لبرنامجنا الخاص باختبار العينات الذي تم اعداده باستخدام برنامج لاختيار القالب الأمثل (MAMGAsoft)،وفيه ايضا خطوات ملء القالب، وتسلسل التصلب والتنبؤ بالإجهادات والعيوب في المنتجات المصبوبة . أولاً، الخواص الميكانيكية للمنتجات المصبوبة تم دراسة صفاتها من حيث المتوسط والتباين والتوزيع الاحتمالي للحمل الثابت، وايضا هذه الصفات تم استكشافها ودراستها للحمل الديناميكي الذي يؤدي إلى الفشل والتعب. بعد ذلك، تم استكشاف العلاقة بين العمر التشغيلي والقوة وسيتم تطوير نموذج احتمالي للعمر والإجهاد المرتبطة بمنحنى الإجهاد-الحياة. المسامية ذات الحجم الصغير هي العيب الرئيسي الذي يصعب القضاء عليه بالكامل حتى في القالب الأمثل وهذا العيب له تأثير على الحياة للمنتج المصبوب. تم استكشاف هذا المعنى باستخدام نموذج تجريبي بسيط لتحديد حد القدرة على التحمل وقوة الشد في نهاية المطاف، وكذلك الإجهاد وعدد الدورات التي تؤدي لفشل المنتج. في الجزء الأخير من العمل، تم استكشاف أنماط تحميل متنوعة ونماذج احتمالية مماثلة لتحديد خصائص توزيع الحمل أو الضغط. تم تحليل نماذج الإجهاد الاحتمالية هذه ونماذج القوة التي تم تطويرها مسبقًا كدالة للحياة باستخدام نماذج مقاومة الإجهاد للتنبؤ بموثوقية الجزء المصبوب. تمت مقارنة النهج المبسط المطور بنتائج التحليل الأكثر تطوراً لطريقة العناصر المحددة (FEM) من الدراسات السابقة.

English Abstract

In this work we will explore the probabilistic nature of metal cast products. Results from published literature and our own program of testing specimens produce by MAMGAsoft, where optimized mold were used, for mold filling, solidification sequence, stresses and defects prediction in cast products. First, mechanical properties of the cast products were characterized in terms of mean, scatter, and probability distribution for static loading, which was further explored for dynamic loading leading to fatigue failure. Then, relationship between life and strength was explored and probabilistic model for fatigue life in associated with Stress-life curve will be developed. The micro porosity is the main defect, which is difficult to fully eliminate even in an optimized mold, which has an impact on the life of the cast product. This implication was explored using simple empirical model to define the endurance limit and the ultimate tensile strength as well as stress and cycles to failure. In the last part of the work, various loading pattern and corresponding probabilistic models were explored to characterize the load or stress distribution. These probabilistic stress models and the strength models developed earlier as a function of operating life were analyzed using stress-strength models to predict the cast part reliability. The developed simplified approach is compared with results of more sophisticated finite element method (FEM) based analysis from literature.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Mechanical
Divisions: College Of Engineering Sciences > Mechanical Engineering Dept
Committee Advisor: Pashah, Sulaman
Committee Members: Sheikh, Anwar and Albinmousa, Jafar
Depositing User: IBRAHIM ALI (g201512090)
Date Deposited: 29 Dec 2019 09:02
Last Modified: 29 Dec 2019 09:02
URI: http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141364