شبیه سازی و تحلیل تکنولوژی های نوین در مهندسی مکانیک (مهندسی مکانیک جامدات)
سال:1391 | دوره:5 | شماره:1 (پیاپی 11) |تعداد مقالات:6

در این پژوهش تاثیر کسر حجمی فاز تقویت کننده بر خواص کششی کامپوزیت  Al6061/SiC با اعمال اکستروژن گرم مورد بررسی قرار می گیرد. کامپوزیت های آلومینیم- سیلیسیم به دلیل خواص سایشی و مکانیکی بالا مورد توجه هستند. برای انجام این تحقیق کامپوزیت Al6061/SiC با درصدهای مختلف 5، 10، 15 و 20 درصد کاربید سیلیسیم به روش ریخته گری هم زدنی تولیدشد و بر روی نمونه های کامپوزیتی حاوی کسرهای حجمی ذکرشده، عملیات اکستروژن گرم انجام شد. سپس خواص کششی محصول مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه بررسی های ریزساختاری با استفاده از میکروسکوپ نوری و الکترونی انجام شد. نتایج بدست آمده نشان می دهد که افزایش میزان کاربید سیلیسیم تا 5 درصد وزنی باعث افزایش استحکام کششی کامپوزیت فوق گردید. همچنین اعمال فرآیند اکستروژن باعث کاهش میزان تخلخل نسبت به حالت ریختگی و در نتیجه بهبود خواص کششی شد.

روش تبدیل دیفرانسیلی یک تکنیک حل نیمه تحلیلی- عددی است که با استفاده از آن، معادلات دیفرانسیل حاکم بر ورق به روابط بازگشتی تبدیل شده و شرایط مرزی به معادلات جبری تبدیل می شوند. در این مطالعه ورق بر روی بستر ارتجاعی از نوع وینکلر قرار گرفته است. ورق از جنس مواد تابعی است، به طوری که خواص آن در راستای ضخامت بر اساس مدل توانی تغییر می کند. نتایج تحلیل جا به جایی خارج از صفحه ورق تابعی بر روی بستر ارتجاعی تحت بارگذاری گسترده یکنواخت، به ازای مقادیر مختلفی از سفتی بستر ارتجاعی، توان ماده تابعی و شرایط مرزی به دست آمده است. به منظور نشان دادن دقت روش تبدیل دیفرانسیلی و تایید نتایج حاصل از آن، پاسخ ها با نتایج روش اجزا محدود مقایسه شده که تطابق خوبی مشاهده شده است.

ساچمه زنی نوعی بمباران سطحی قطعه کار توسط هزاران ساچمه است که به ایجاد تنش پسماند فشاری در سطح قطعه کار می انجامد و به منظور بهبود خواص مکانیکی همچون خستگی، مقاومت در برابر خوردگی تنشی، صاف کردن شکل دهی و ... انجام می گیرد. در این پژوهش نمونه هایی از فولاد CK35 مورد عملیات ساچمه زنی با سرعت برخورد 100m/s و 200m/s ساچمه های استاندارد S230 قرار گرفتند و استحکام خستگی آن ها با نمونه های فاقد ساچمه زنی مورد مقایسه قرار گرفت. همچنین تغییر عمق نفوذ ساچمه ها در نمونه ها توسط نرم افزار ANSYS محاسبه گردید و با نتایج تجربی مقایسه شد. نتایج حاصل، افزایش قابل توجه استحکام خستگی را دربرداشت. این مقادیر برای برخورد ساچمه ها با سرعت 100m/s،  %25افزایش در استحکام خستگی و بیش از 250MPa تنش پسماند ایجاد شده در سطح کار و برای برخورد ساچمه ها با سرعت 200 m/s،  %40افزایش در استحکام خستگی و بیش از 300MPa تنش پسماند در سطح کار به دست آمد. همچنین میزان تنش ایجاد شده در ساچمه ها دو برابر تنش پسماند القاء شده نسیت به سطح کار حاصل شد.

در واقعیت احتمال اینکه بار وارد بر یک عضو جاذب انرژی به صورت محوری خالص یا خمش خالص اعمال شود بسیار کم است. در صورتی که بار اعمالی به صورت مایل به یک قوطی اعمال شود، مقطع آن به صورت همزمان تحت بار محوری و خمشی قرار می گیرد. تحقیقات معدودی تا کنون به بررسی رفتار جاذب های انرژی تحت بار مایل پرداخته اند. در تحقیقات مذکور بار مایل یک بار دو بعدی بوده که نسبت به مقطع نمونه آزمایش با یک زاویه مشخص می شود. در حالی که در واقعیت ممکن است بار مایل دارای سه مولفه فضایی باشد که نسبت به مقطع نمونه با دو زاویه در فضا مشخص می شود. در این مقاله رفتار مچالگی قوطی جاذب انرژی تحت بار مایل سه بعدی به صورت تجربی تحلیل و بررسی می شود. برای این منظور سامانه ای طراحی و برروی دستگاه آزمایش کشش و فشار یونیورسال نصب می شود. تمام آزمایش ها به صورت شبه استاتیکی انجام شده و در نهایت نمودار نیرو جابجایی و شکل مود فروریزش نمونه ها استخراج شده و تاثیر زوایای بار مایل بر ویژگی های جذب انرژی بررسی می شود.

فرآیند شکل دهی نیمه جامد در ساخت قطعات نزدیک به شکل نهایی به ویژه در صنایع خودروسازی و هواپیما سازی استفاده می شود. به دلیل این که رفتار آلیاژهای نیمه جامد به صورت غیرنیوتنی بوده و وابستگی سیلانی این آلیاژها به پارامترهای زیادی مانند سیکل حرارت دهی مجدد، روش تولید شمشال اولیه، و غیره می باشد، شبیه سازی آن ها یکی از مشکل ترین مسایل مهندسی می باشد. یکی از فرآیندهای شکل دهی نیمه جامد، روش تیگزوفورجینگ است که بین دمای خط مذاب (لیکوئیدوس) و خط انجماد (سالیدوس) ماده انجام می گیرد و نرخ کرنش، اصطکاک و دمای قالب از جمله عوامل تاثیرگذار بر فرآیند هستند. در این تحقیق به شبیه سازی فرایند تیگزوفورجینگ و بررسی اثر پارامترهای وابسته به آن از جمله ضریب اصطکاک، دمای فرآیند و سرعت حرکت پرس با استفاده از نرم افزار Deform-3D پرداخته شده است. جهت بررسی صحت شبیه سازی، آزمایش های عملی تیگزوفورجینگ در حالت های مختلف و درحالت ایزوترمال بر روی آلیاژ A356 انجام شده است. مقایسه نتایج عددی با تجربی نشان داده است که در کسرهای جامد مختلف، شبیه سازی های مذکور به خوبی رفتار سیلان را مدل سازی می کنند. همچنین نتایج نشان داده است که افزایش دمای قطعه باعث کاهش سختی و نیروی شکل دهی قطعه می گردد که دلیل این امر رشد دانه ها خواهد بود. در ضمن با کاهش دمای قالب به علت ریزشدن دانه ها و با افزایش نیروی پرس، به علت تراکم فاز آلفا اولیه در دانه ها، سختی افزایش یافته است. دمای قالب بالاتر باعث بروز ریزساختاری درشت تر و ناهمگن در آلیاژ گردید. این امر به نوبه خود باعث کاهش تقریبی 12.5% در میزان سختی و 20.6% در مقدار تناژ پرس شد.

در سال های اخیر، پیشرفت های زیادی در زمینه تقویت سازه های کامپوزیتی توسط آلیاژهای حافظه دار صورت گرفته است. این مواد تحت بارگذاری سیکلی مکانیکی، از طریق ایجاد حلقه برگشت پذیر هیسترزیس، انرژی مکانیکی را جذب و یا تلف می کنند. این ویژگی بارز آلیاژهای حافظه دار، آنها را برای کاربردهای حسگری، عملگری، جذب انرژی ضربه و میرایی ارتعاشات مناسب ساخته است. در کارهای ارائه شده تاکنون، تغییرات فاز لحظه ای و موضعی سیم حافظه دار طی بارگذاری و باربرداری های پی در پی در زمان ارتعاش سازه به فرمی دقیق بررسی نشده است. در مقاله کنونی، ارتعاشات ورق کامپوزیت هیبرید تقویت شده با آلیاژ حافظه دار، با ارائه الگوریتمی مناسب جهت برطرف نمودن نارسایی یاد شده، مورد بررسی قرار گرفته است. برای به دست آوردن معادلات ارتعاشی، از اصل همیلتون و تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول استفاده شده است. همچنین برای مدل سازی آلیاژ حافظه دار، از معادلات بنیادین ارائه شده توسط برینسون استفاده شده و حل معادلات زمانی توسط روش انتگرال گیری زمانی نیومارک صورت گرفته است. سیستم معادلات به دست آمده با استفاده از روش عددی اجزای محدود و کد نویسی به کمک نرم افزار متلب، حل شده اند. در این مقاله برای اولین بار تغییرات کسر حجمی مارتنزیت به واسطه تغییرات تنش در هر زمان و تاثیر آن روی خواص مکانیکی آلیاژ حافظه دار و کامپوزیت هیبرید و نیروی بازیابی آلیاژ حافظه دار در نظر گرفته شده اند. در نهایت، تاثیر کسر حجمی فیبرهای حافظه دار در هر لایه و تاثیر نیروی اعمالی بر رفتار ارتعاشی ورق کامپوزیتی تحت بار ضربه­ای نیز مورد بررسی قرار گرفته است.