شبیه سازی و تحلیل تکنولوژی های نوین در مهندسی مکانیک (مهندسی مکانیک جامدات)
سال:1395 | دوره:9 | شماره:4 |تعداد مقالات:10

در این مقاله بهینه سازی پارامترهای جوشکاری قوس تنگستن-گاز پالسی از جمله جریان پالس، جریان زمینه، فرکانس پالس و کسر زمان روشن بودن پالس در اتصال غیرمشابه فولاد زنگ نزن آستنیتی AISI 316L و سوپر آلیاژ پایه نیکل مونل400 با استفاده از فلز پر کننده ERNiCr3، ارزیابی شد. جهت بدست آوردن شرایط بهینه از روش طراحی آزمایش تاگوچی، آرایه L9، استفاده گردید. برروی نمونه های جوشکاری شده آزمون های خواص مکانیکی انجام و سپس آنالیز واریانس انجام گرفت. با پیش بینی شرایط بهینه، نمونه پیشنهادی مورد آزمایش واقع گردید و نتایج آزمایشهای آن با نتایج حاصل از آزمایش بر روی نمونه بهینه طراحی شده مطابقت نشان داد. پارامترهای بهینه قوس تنگستن گاز پالسی در این اتصال، جریان پالس 140 آمپر، جریان زمینه 60 آمپر، فرکانس پالس 3 هرتز و کسر زمان روشن بودن پالس 50 درصد می باشد. نمونه ی بهینه طراحی شده با نمونه پیشنهادی تاگوچی در حدود98.7 درصد همخوانی دارند. جریان پالس با درصد 23.4 و فرکانس پالس با درصد 28.2 به عنوان تاثیرگذارترین پارامترها شناسایی شدند. خواص مکانیکی، شامل آزمایش های خمش، کششی، سختی سنجی بررسی شد. در طی اعمال آزمایش کشش بر روی نمونه ها،شکست از سمت فلز پایه مونل 400 اتفاق افتاد که از نوع شکست نرم می باشد. بنابراین استحکام فلز جوش تایید کننده آزمونهای کشش و خمش می باشد.

در این بررسی آزمایشگاهی تاثیر پارامترهای کسر حجمی و دما بر ضریب هدایت گرمایی نسبی، نانو لوله های کربنی و نانو سیال جدید و پرکاربرد اکسید مس- آب دیونیزه پرداخته می شود. نانوسیال با غلظت های حجمی 0.1، 0.2، 0.6 درصد حجمی برای بررسی تاثیر کسر حجمی بر ضریب هدایت گرمایی نسبی آماده شد. همچنین برای بررسی اثر دما، دما به محدوده های 30، 40، 50 درجه سلسیوس محدود شد. برای اندازه گیری ضریب هدایت گرمایی نسبی از روش سیم داغ گذرا با استفاده از دستگاه سیم داغ گذرا و پراب استفاده شد. با افزایش دما و افزایش کسر حجمی ضریب هدایت گرمایی نانو سیال در مقایسه با سیال پایه افزایش چشمگیری دارد. در کسرهای حجمی پایین افزایش ضریب هدایت گرمایی چشمگیرتر است. در نتیجه توانستیم با دماها و کسرحجمی های مختلف به افزایش ضریب هدایت گرمایی در حدود 38.7 درصد دست یابیم که تا به حال در این زمینه کسی اطلاعاتی ارائه نداده است.

فرایند جوشکاری اصطکاکی-اغتشاشی یک روش نو و جدید جوشکاری حالت جامد است که در اثر اصطکاک بین پین و شولدر و قطعه کار، تولید حرارت می کند. این حرارت باعث ایجاد یک منطقه خمیری شکل می شود. نیروی فشار از طرف شولدر و چرخش پین و ادغام لبه های اتصال سبب انجام جوشکاری می شود. در این پژوهش ابتدا به بررسی جوش پذیری ورق فولادی EN10130 با ضخامت 1.5 میلی متر پرداخته شد و پارامترهای سرعت دورانی، سرعت پیش روی ابزار، قطر پین و شولدر، توسط 58 عدد آزمایش مورد بررسی قرار گرفته است. پس از ایجاد جوش هایی بدون عیب، بازه 500 تا 1000 دور بردقیقه برای سرعت دورانی و بازه 30 تا 160 میلی متر بر دقیقه برای سرعت خطی بترتیب به عنوان سطوح بالا و پایین مناسبی برای این پارامترها انتخاب شده اند. برای دست یابی به بیشترین استحکام کششی، تعداد 29 آزمایش با توجه به سطوح معین شده پارامترها، از روش باکس بنکن طراحی شده، سپس متدولوژی سطح پاسخ برای بهینه سازی پارامترها مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج بهینه سازی و شرایط آزمایشگاهی همخوانی خوبی داشتند که این نتیجه، نشان دهنده کفایت مدل طراحی آزمایش ها و نتایج پیش بینی بهینه سازی است. آزمایش های ریز سختی سنجی، متالوگرافی و تست کشش نرمال صورت گرفته روی 3 سری از ورق های تولید شده با مناسب ترین استحکام کششی و ازدیاد طول، منطقه متاثر از حرارت ورق های سمت پیشرونده را ضعیف تر از بقیه موضع جوش معرفی کردند.

فرآیند شکل دهی داغ لوله با گاز، می تواند در صنایع اتومبیل سازی و هوافضا مورد استفاده قرار گیرد. بهبود خواص نهایی در تولید قطعه، افزایش سرعت تولید محصول نهایی، قابلیت شکل دهی مواد با چقرمگی پایین، کاهش فشار و نیروی مورد نیاز از مزایای این فرآیند می باشد. همچنین هزینه ابزار آلات و تجهیزات مورد نیاز برای ساخت قطعه در فرآیند شکل دهی داغ لوله با گاز در مقایسه با روش های قبلی شکل دهی با سیال نظیر هیدروفرمینگ گرم مطلوب تر می باشد. امروزه کاربرد آلیاژهای آلومینیوم- منیزیم با توجه به وزن سبک این آلیاژها افزایش یافته است. این آلیاژها در دمای محیط شکل پذیری پایینی دارند و برای شکل دهی این آلیاژها از روش های گرم و داغ استفاده می گردد. در این مقاله، تاثیر پارامترهای ورودی بر پارامتر خروجی ارتفاع بالج لوله از جنس آلیاژ آلومینیومی (Al6063) در فرآیند بالج آزاد داغ لوله به وسیله گاز مورد بررسی و مقایسه عددی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که با افزایش مقادیر پارامتر های ورودی از جمله ضخامت و طول اولیه لوله، ارتفاع بالج کاهش یافته و با افزایش میزان تغذیه محوری و قطر خارجی لوله، ارتفاع بالج افزایش خواهد یافت.

میل لنگ یکی از قسمت های موتور احتراق داخلی است که در طول عمر کاری خود تحت بار خمشی و پیچشی متناوب قرار می گیرد. شکست در میل لنگ باعث ایجاد خسارت جدی به موتور می شود، از این رو در زمان طراحی مهم است که استحکام خستگی آن بررسی شود. برای طراحی میل لنگ چالش های بسیاری از جمله بار مفید خودرو، وزن بهینه، بازده بیشتر و عمر دوام بیشتر مدنظر است. در این مقاله میل لنگ موتور دیزل هشت سیلندر خورجینی چهار زمانه به صورت دینامیکی شبیه سازی می شود و توزیع و تغییرات تنش در نقاط مختلف میل لنگ و به ویژه در نقاط بحرانی آن، با روش اجزاء محدود تحلیل می گردد. از نتایج به دست آمده از تحلیل برای بهینه سازی میل لنگ استفاده می شود. همچنین آسیب انباشته ی خستگی ناشی از تغییر در بارگذاری وارد بر میل لنگ در دورهای مختلف کارکرد آن بررسی می گردد. هدف این مقاله طراحی میل لنگی با ابعاد مناسب و بهینه است به گونه ای که عمر دوام آن بیشتر و بدون هیچ شکستی حفظ شود.

در این پژوهش ارتعاشات آزاد ورق ساندویچی مدور گیردار با رویه هایی از مواد با تابع هدفمند وابسته به دما در محیط های حرارتی مختلف بررسی شده است. خواص مواد در رویه های هدفمند به صورت تابعی از دما در نظر گرفته شده و به طور پیوسته در امتداد ضخامت، با توزیع توانی بر حسب کسر حجمی اجزای تشکیل دهنده، تغییر می کنند. همچنین خواص ماده در هسته نیز وابسته به دما در نظر گرفته شده است. معادلات حاکم بر حرکت در ارتعاشات آزاد در دستگاه مختصات قطبی با استفاده از اصل همیلتون به دست آمده و از روش گلرکین برای حل معادلات و به دست آوردن فرکانس طبیعی استفاده شده است. تنش های صفحه ای هسته که معمولا در مشخصه ارتعاشی سازه های ساندویچی نادیده گرفته می شوند در اینجا در نظر گرفته شده است. نتایج به دست آمده از حل گلرکین برای ورق ساندویچی دایره ای متقارن با تکیه گاه گیردار با نتایج المان محدود که توسط نرم افزار ABAQUS به دست آمده است، مقایسه شده که نتایج قابل قبولی را ارائه می دهد. نتایج نشان می دهد که تغییرات دما و تغییرات توان تابع توانی اثر مهمی بر تغییرات فرکانس دارند.

حسگرهای نیرو/گشتاور چندمولفه ای کرنش سنج دار، برای اندازه گیری همزمان نیروها و گشتاورهای استاتیکی و دینامیکی شامل سه مولفه ی نیرو و سه مولفه ی گشتاور در دستگاه مختصات دکارتی یک سیستم استفاده میشوند. در این تحقیق، یک حسگر نیرو/گشتاور شش مولفه ای نوع ستونی، با سطح مقطع دایروی توخالی معرفی شده است. به منظور جداسازی الکتریکی مولفه های بار اعمالی بر آن و بر پایه ی مبانی نظری، الگوهایی خاصی برای نصب کرنش سنج ها ارائه شده که بررسی صحت این الگوها با شیبه سازی المان محدود در نرم افزار آباکوس انجام گرفته است. در ادامه بارگذاری های مختلفی به یک نمونه ی ساخته شده از این حسگر اعمال شده و کرنش های تجربی اندازه گیری شده است. نتایج نشان می دهد که نه تنها اندازه ی واقعی درایه های قطر اصلی ماتریس کالیبراسیون، انحراف هایی نسبت به اندازه ی نظری آنها دارد بلکه؛ این ماتریس لزوما قطری نیست. درصد انحراف کرنش های شبیه سازی از نظری در همه پل ها زیر 0.3% در تمام شرایط بارگذاری بدست آمده است. همچنین کمترین و بیشترین درصد انحراف کرنش های تجربی از نظری در بیشینه بار مجاز هر محور، به ترتیب مربوط به نیروی برشی PX و ممان خمشی Mx بوده که برابر 1.62% و 8.12% می باشد.

در این مقاله تحلیل عددی جریان و انتقال حرارت وابسته به زمان میکرولوله محتوی نانوسیال در جریان آرام بررسی شده است. در این بررسی، انتقال حرارت جابه جایی نانوسیال و سیال پایه و تحلیل گذرا برای شار حرارتی متغیر با زمان، به ازای گام زمانی -410 ثانیه بررسی شده است. مشاهده شد که با افزایش کسر حجمی نانوذره، قدرت پمپاژ نانوسیال و دمای حداکثر دیواره میکرولوله به ترتیب افزایش و کاهش پیدا می کند. حداکثر دما سیال پایه (آب) 305.6 کلوین و برای نانوذره اکسید آلومینیوم AF با کسر حجمی سه درصد، دمای حداکثر 304.2 کلوین می باشد. علاوه براین نتایج نشان داد که استفاده از نانوسیال با وجود شار حرارتی پریودیک دارای مزیت انتقال حرارتی است. از سویی دیگر نتایج نشان می دهد که پارامترهای ذکر شده، تاثیر قابل توجهی در انتقال حرارت سیستم دارند. همچنین مشاهده گردید که با افزایش عدد رینولدز دمای حداکثر دیواره میکرولوله کاهش پیدا می کند. به عنوان مثال، برای عدد رینولدز 180، 360 و 720 دمای حداکثر به-ترتیب در 307.8 کلوین،304 کلوین و 302.8 کلوین رخ می دهد. علاوه براین افزایش کسر حجمی نانوذره موجب کاهش در تغییرات دما می شود. همچنین نتایج حاصل از مدل-سازی عددی با نتایج روابط تئوریک موجود که در تطابق خوبی با نتایج تجربی بوده اند، مقایسه شده است.

در این مقاله روش اتصال فشاری تجمعی که روش جدید تغییر شکل پلاستیک شدید برای تولید فلزات نانوساختار حجیم بر پایه فشردن در قالب کانالی است مورد مطالعه قرار می گیرد. این فرآیند بر روی یکی از پرکاربردترین فلزات در صنعت یعنی آلومینیوم انجام شده است. با بررسی و تحلیل نمونه ها مشخص شد که استحکام کششی نهایی پس ازچهار مرحله فرآیند به حدود 2 برابر نمونه آنیل شده افزایش یافته و از 60 به 123 رسیده است. ساختار اولیه با دانه های خشن 8-6mm به ساختاری با اندازه سلول های1.2 mm در اولین پاس کرنش دهی،627nm بعد از پاس چهارم، تبدیل شده است. همچنبن سختی ویکرز نمونه ها پس از چهار پاس فرایند از 20 به 51.8 می رسد. این بهبود خواص از جمله افزایش استحکام و سختی و دستیابی به نسبت استحکام به وزن بالا می تواند به گسترش کاربرد این مواد جهت سبک سازی موثر سازه در صنایع خودروسازی و هواپیماسازی کمک شایانی نماید.

در این پژوهش اثرات سرعت خطی و سرعت دورانی ابزار جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی بر روی توزیع و تولید حرارت در سطح و درون اتصال، سیلان مواد و هندسه ی محل اغتشاش پلی متیل متاکریلات (PMMA)، مورد مطالعه قرار گرفت. به منظور شبیه سازی فرآیند از روش دینامیک سیالات محاسباتی از مجموعه نرم افزار تجاری CFD Fluent 6.4 استفاده شد. برای بالا بردن دقت شبیه سازی، خط جوش که در مرز بین قطعه کارها قرار داشت، به عنوان یک سیال غیر نیوتنی با رفتار شبه مذاب در اطراف پین ابزار مدل سازی شد. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان داد که با افزایش نسبت سرعت چرخشی به سرعت خطی ابزار، جریان مواد در جلو ابزار اندکی بیشتر می شود و ابعاد منطقه اغتشاش بزرگتر می گردد. بیشینه درجه حرارت تولید شده و اغتشاش مواد در سمت پیشرو اتصال مشاهده شد. نتایج حاصل از این مدل توسط نتایج تجربی مورد مقایسه قرار گرفت و تطابق قابل قبولی با آنها داشت. براساس پارامترهای جوشکاری مورد بررسی، حداکثر حرارت تولید شده 115 درجه سانتیگراد، بیشینه سرعت جابجایی مواد 0.24متر بر ثانیه در شانه ابزار و بیشینه فشار ایجاد شده بر روی سیال 9 مگاپاسکال در محل اتصال پیش بینی شد.