مهندسی مکانیک مدرس
سال:1392 | دوره:13 | شماره:6 |تعداد مقالات:16

موادی که ترکیبی از میرایی و سفتی بالا دارند در بسیاری از کاربردهای صنعتی مورد توجه هستند. در تحقیق حاضر خواص میرایی و سفتی نانوکامپوزیت های پلی پروپیلن / کربنات کلسیم مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور پراکندگی بهتر نانوذرات کربنات کلسیم در ماتریس پلی پروپیلن، نانوذرات اولیه با یک تک لایه از اسید استایریک روکش شدند. تمامی ترکیب ها شامل 5، 10، 20 و 30 درصد وزنی از نانوذرات در یک اکسترودر دوپیچه همسوگرد مخلوط شدند و به کمک دستگاه پرس داغ به شکل صفحه، و سپس توسط پانچ پنوماتیک به صورت نمونه های کشش استاندارد درآمدند. خواص کششی نمونه ها به صورت تجربی بررسی شد. برای بررسی خواص دینامیکی مکانیکی نمونه ها از آزمون DMTA استفاده شد و ساختار شناسی ترکیب ها نیز به کمک SEM انجام شد. تصاویر SEM پراکندگی مناسب نانوذرات کربنات کلسیم روکش شده با تک لایه از اسید استایریک را تایید کرد. نتایج آزمون کشش نشان داد که با افزایش درصد وزنی نانوذرات، استحکام کششی کاهش، و مدول افزایش می یابد. با توجه به نتایج آزمون DMTA، با افزایش نانوذرات کربنات کلسیم خواص میرایی نمونه ها بهبود می یابد.

مشاهدات آزمایشگاهی از مقاطع شکست، نحوه گسیختگی خستگی قطعات با مقطع نازک را متفاوت از قطعات ضخیم تر نشان می دهد. به نظر می رسد با توجه به ابعاد کم مقطع، اثر تمرکز تنش ناشی از زبری و ناهمواری سطح ایجاد شده در مرحله تولید سطح، بسیار قابل توجه است و نسبت به سایر اثرات متالوژیکی سطح که در گسیختگی خستگی قطعات ضخیم تر می توانند عامل غالب باشند برتر عمل می کند. در این طرح با انجام مجموعه ای از آزمایش ها، ضمن ارزیابی عوامل شکست خستگی قطعات با مقاطع نازک، سعی می شود روابط پیشنهادی در کتاب های مرجع، برای اعمال پارامترهای فرآیند تولید سطح در مورد این مقاطع اصلاح شود. به کمک این رابطه طراح کیفیت سطح مورد نیاز را برای سازنده مشخص می کند و سازنده باید پارامترهای فرآیند تولید سطح را در جهت دستیابی به چنین کیفیتی انتخاب کند. ضرورت انجام این طرح زمانی مشخص می شود که خاطر نشان شود با توجه به فناوری های جدید بکار رفته در ماشین های تراش، امکان انجام مرحله پرداخت کاری با هر شرایط برشی فراهم شده است؛ بنابراین باید طراح و سازنده نسبت به انتخاب شرایط برش معیاری را در اختیار داشته باشند.

در این مقاله تاثیر تغییر پارامترهای پهنای باند و سطح بارگذاری اتفاقی بر رشد ترک خستگی در یک نمونه CT با استفاده از تئوری حد مرکزی بررسی شده است. در این روش با فرض تئوری آماری حد مرکزی (CLT)، روابط توزیع عمر، تابع احتمال تخریب و قابلیت اطمینان استخراج می شود. برای در نظر گرفتن اثر نسبت تنش در معادلات نرخ رشد ترک خستگی، از معادله واکر استفاده شده است. سپس برای صحه گذاری نتایج بدست آمده در سه حالت بارگذاری اتفاقی با پهنای باندها و سطوح بارگذاری مختلف، نتایج تحلیل از جمله میانگین طول عمر نمونه و میانگین طول ترک بر حسب تعداد سیکل بارگذاری با نتایج آزمون مقایسه شده است که نشان دهنده تطابق خوب نتایج تحلیل و آزمون است. همچنین نمودارهای قابلیت اطمینان و احتمال تخریب نیز بر حسب تعداد سیکل بارگذاری ارائه شده است.

در این مقاله، تاثیر نانوذرات رسی بر روی رفتار بالستیکی مواد مرکب چند لایه شیشه / اپوکسی با بافت دوبعدی بطور تئوری و تجربی مورد بررسی می شود. نانومواد مرکب هیبریدی از جنس شیشه / اپوکسی / نانورس بوده و با روش لایه چینی دستی تحت فشار ساخته شد. همچنین نانورس با درصد وزنی 0، 3، 5، 7 و 10 نسبت به مجموعه رزین (اپوکسی - نانورس) درون سیستم اپوکسی پخش شد. مقایسه نتایج آزمایش های بالستیکی و نتایج تئوری ارائه شده، نشان دهنده دقت خوب محاسبات تئوری است. همچنین بررسی نتایج نشان می دهد در سرعت های نزدیک حد بالستیک، بیشترین افزایش خواص بالستیکی با افزودن 3 درصد وزنی نانورس به مقدار 10 درصد بدست می آید، در حالی که بیشترین افزایش خواص بالستیکی در سرعت های نسبتا بیش از حد بالستیک به مقدار 20 درصد با افزودن 10 درصد نانورس بدست می آید.

به علت ملاحظات مربوط به هزینه و انرژی، همواره این علاقمندی وجود دارد که قطعات مکانیکی تحت شرایط بهینه و با عمر زیاد عمل نمایند. بسیاری از قطعات مکانیکی که نیاز به روان کاری دارند مانند چرخ دنده ها، یاتاقان ها، و پیرو و بادامک ها معمولا در رژیم روان کاری مخلوط عمل می کنند. عمر کاری این قطعات به دو رژیم تقسیم می شود: دوران گذار سایش و دوران پایا. در این تحقیق مدلی نسبتا سریع که توانایی پیش بینی تغییرات زبری سطح در دوران گذار سایش را داشته باشد ارائه شده است. نتایج پیش بینی شده در این مدل با نتایج تجربی حاصل از تماس دو غلتک روان کاری شده اعتبارسنجی شده است. اثرات پارامترهای مختلف مانند بار، سرعت، زبری اولیه، و سختی ماده بر تغییرات زبری در این دوران نشان داده شده است.

هدف این مقاله ارائه روش تحلیلی جدیدی برای محاسبه میزان جذب انرژی ورق های ساندویچی آلومینیوم - فوم تحت اثر ضربه بالستیک پرتابه می باشد. ورق های ساندویچی آلومینیوم - فوم دارای هسته از جنس فوم است که بین دو صفحه فلزی آلومینیومی، محصور شده است. ضربه زننده به دو صورت پرتابه استوانه ای سرتخت و سرکروی در نظر گرفته شده است. در مدل تحلیلی فرض شده است که لایه های فلزی بر اثر فشار مقاومتی متوسط دچار واماندگی شوند. همچنین فوم نیز به واسطه خرد شدن بخشی از انرژی پرتابه را جذب می کند. جذب انرژی توسط ورق های ساندویچی آلومینیوم - فوم محاسبه و با استفاده از موازنه انرژی، سرعت حد بالستیک و سرعت باقیمانده پرتابه محاسبه شده است. مقادیر سرعت حد بالستیک و سرعت باقیمانده محاسبه شده با روش تحلیلی همخوانی مناسبی با مقادیر تجربی دارد. همچنین اثرات جرم و قطر پرتابه در میزان جذب انرژی ساندویچ پانل بررسی شده است.

در این مقاله بهینه سازی چند هدفه فرآیند اکستروژن پیچشی برای یک قطعه آلومینیومی بررسی شده است. زاویه اکستروژن، ضریب اصطکاک و سرعت بارگذاری به عنوان متغیرهای طراحی و کرنش ایجاد شده، میزان همگنی کرنش و نیروی اکستروژن به عنوان توابع هدف در نظر گرفته شده اند. ابتدا چندین نمونه به وسیله روش المان محدود شبیه سازی شدند و با استفاده از نتایج شبیه سازی، یک شبکه عصبی مصنوعی برای مدل سازی فرآیند اکستروژن پیچشی با موفقیت آموزش داده شد. سپس بهینه سازی چند هدفه توسط روش الگوریتم ژنتیک و تلفیق آن با شبکه عصبی مصنوعی آموزش دیده شده انجام شد. نتایج نهایی به صورت نقاط غیرمغلوب پرتو استخراج شده و به کمک دیاگرام های سطح محدوده بهترین مقدار برای زاویه اکستروژن، ضریب اصطکاک و سرعت حرکت پانچ به ترتیب در حدود 45o، 0.7 و 7mm/s به دست آمد. در خاتمه با تشکیل و آنالیز سطوح پاسخ برای هر یک از توابع هدف، نشان داده شد که زاویه اکستروژن و ضریب اصطکاک موثرترین پارامترهای فرآیند برای اکستروژن پیچشی در دمای اتاق هستند.

در این مقاله، اثر دو مدل سخت شوندگی همسانگرد و سینماتیک بر روی میزان برگشت فنری کانال U شکل متقارن بررسی شده است. همچنین به مطالعه اثر برخی پارامترهای تاثیرگذار بر روی برگشت فنری پرداخته شده است. برای این منظور یک دستگاه آزمایشگاهی شکل دهی غلتکی سرد طراحی و ساخته شده است. تغییرات زاویه شکل دهی، جنس ورق، هندسه غلتک و ضخامت ورق، پارامترهایی هستند که اثر آنها با استفاده از شبیه سازی اجزای محدود و همچنین به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان دهنده دقیق تر بودن مدل سخت شوندگی همسانگرد در پیش بینی برگشت فنری برای مقطع به کار رفته در این پژوهش می باشد. برای نمونه های آزمایش از ورق های با جنس فولاد ضدزنگ 304 و AISI 1015 استفاده شده است. مقایسه نتایج بدست آمده از شبیه سازی با مقادیر تجربی نشان دهنده صحت مدل سازی انجام شده می باشد.

در این تحقیق هیدرودینامیک و انتقال حرارت جریان گازی درون یک میکروکانال به صورت عددی بررسی شده است. سرعت و دمای جریان ورودی به کانال یکنواخت است و شرط مرزی لغزش سرعت و پرش دما، با توجه به رژیم لغزشی جریان، روی دیواره کانال حاکم است. طول میکروکانال به اندازه کافی بلند در نظر گرفته شده تا در انتها شرط توسعه یافتگی هیدرودینامیکی و دمایی برقرار باشد. گسسته سازی معادلات حاکم بر مبنای حجم کنترل انجام شده و با استفاده از الگوریتم سیمپل حل شده اند. اثرات پارامترهای مختلف، از جمله اتلاف لزجت، رقت، هدایت محوری و خزش بر انتقال حرارت بررسی شده است. نتایج بیانگر آن است که مقادیر عدد ناسلت در میکروکانال ها با مقادیر آن در کانال های با ابعاد معمول متفاوت است. در نظر گرفتن اتلاف لزجت، سبب ایجاد پرش چشمگیری در عدد ناسلت موضعی می شود که مقدار پرش، مستقل از عدد برینکمن می باشد. افزایش رقت، انتقال حرارت را در دو جهت مخالف تحت تاثیر قرار می دهد. همچنین اثر افزایش عدد پکله بر روی عدد ناسلت توسعه یافته ضعیف بوده درحالی که اثر رقت بر روی آن قوی و قابل ملاحظه بوده است.

آسیب فلزات، فرآیند فیزیکی پیشرونده ای است که در نهایت منجر به شکست آنها می شود. در این تحقیق ابتدا، مدل کوپله الاستیک - پلاستیک - آسیب نرم لمتر به همراه تئوری تغییر شکل های بزرگ توسعه داده شده و به صورت یک زیربرنامه در کد آباکوس صریح پیاده سازی می شود. سپس با انجام آزمایش های کشش استاندارد و ریزسختی سنجی ویکرز، خواص مکانیکی و آسیب برای فولاد St14 تعیین می شود. برای ارزیابی مدل آسیب و همچنین خواص تعیین شده، فرآیندهای برش و برش دقیق توسط مدل در دو حالت تئوری تغییر شکل های بزرگ و کوچک شبیه سازی می شوند. مقایسه نتایج شبیه سازی های عددی و گزارش های تجربی نشان می دهد که مدل آسیب نرم لمتر به همراه تئوری تغییر شکل های بزرگ می تواند به دقت رشد آسیب، شروع، گسترش ترک و شکست نرم را در فرآیندهای شکل دهی فلز با تغییر شکل های بزرگ پیش بینی نماید.

در این تحقیق فرآیندهای حرارتی موجود برای رفع تنش های پسماند از صفحات پلی کربنات، بررسی و با آزمایش های گسترده ارزیابی می شوند. در هر مرحله از این آزمایش ها با تغییر و تصحیح مناسب پارامترهای سیکل حرارتی، عملیات بازپخت متعددی به صورت سعی و خطا بر روی قطعات اجرا می شود. در نهایت با بررسی نتایج حاصله، فرآیند حرارتی اصلاح شده ای پیشنهاد می شود که ضمن کاهش زمان و هزینه بازپخت، امکان تنش زدایی از ورق پلی کربنات را فراهم نماید. در این فرآیند، ابتدا دمای قطعه تا 100 درجه سانتی گراد با نرخ 20oC/h افزایش داده می شود. نمونه ها برای خشک شدن به مدت 3 ساعت در این دما نگه داشته شده و سپس افزایش دما تا دمای انتقال شیشه ای، با نرخ 5oC/h ادامه می یابد. پس از آن نمونه ها با نرخ1oC/h گرم می شوند تا به دمای Tmax=156oC برسند. پس از رسیدن به این دما، بلافاصله خنک کاری آغاز می شود و نرخ خنک کاری، مشابه نرخ گرم کردن نمونه ها خواهد بود.

در مقاله حاضر، شبیه سازی دینامیک مولکولی جریان پوآزی حاوی آرگون مایع درون یک نانوکانال با اعمال نیروی خارجی روی ذرات سیال، با استفاده از تابع پتانسیل های مختلف انجام شده است. برای محاسبه برهم کنش های بین اتم ها از سه مدل تابع پتانسیل لنارد - جونز مختلف، استفاده شده است. مدل های پتانسیل های بین مولکولی مدل شده عبارتند از: پتانسیل لنارد - جونز 6-12، پتانسیل لنارد - جونز 6-9، پتانسیل لنارد - جونز هموار. انرژی پتانسیل پروفیل های چگالی و سرعت در داخل کانال استخراج و بررسی شده اند. نتایج حاصله نشان می دهند که مشخصات و رفتار هیدرودینامیکی جریان به نوع تابع پتانسیل برهم کنش وابسته بوده و پیش بینی های پروفیل سرعت برای مدل پتانسیل لنارد - جونز 6-9 بیشتر از پتانسیل های لنارد - جونز 6-12 و لنارد - جونز هموار می باشد. همچنین، در شرایط یکسان با اعمال مدل تابع پتانسیل لنارد - جونز 6-9، سیستم شبیه سازی دیرتر به تعادل می رسد که این امر موجب افزایش زمان محاسبات می شود. نتایج حاصل از این تحقیق، تاثیر مدل نیروی برهم کنش بین مولکولی را در تحلیل و فهم جریان های با مقیاس نانو نشان می دهد.

به وجود آمدن چرخش بدون عامل خارجی در جریان سیال به خودچرخشی معروف است. برخی از محققان در وجود یا عدم وجود پدیده خودچرخشی در جریان چاه اختلاف نظر دارند. در تحقیق آزمایشگاهی و عددی حاضر، وجود پدیده خودچرخشی در جریان چاه مورد بررسی قرار می گیرد. در تحقیق آزمایشگاهی، یک چیدمان آزمایشگاهی جدید نسبت به کارهای گذشته ارائه می شود و اندازه گیری سرعت با توسعه روش تیمول بلو انجام می شود. نتایج آزمایش نشان داد که حتی با افزایش دبی خروجی تا چندین برابر دبی بحرانی ادعایی، مقدار خالص سیرکولاسیون در جریان، نسبت به مقدار ورودی خود افزایش پیدا نمی کند و یا به عبارت دیگر، پدیده خودچرخشی در جریان چاه رخ نمی دهد. در مطالعه عددی، پدیده خودچرخشی با هندسه و شرایط یکسان با آزمایش، به صورت 3 بعدی شبیه سازی می شود. نتایج بدست آمده نشان گر آن است که نتایج عددی با نتایج آزمایشگاهی همخوانی دارد و همانند نتایج آزمایش نشان می دهد که پدیده خودچرخشی در جریان چاه وجود ندارد. اضافه بر آن، نتایج عددی نشان داد که چرخش (یا مقدار متناظر آن سیرکولاسیون) دیده شده در آزمایش، ناشی از نامتقارنی جریان در ورودی است و با حذف این نامتقارنی، چرخش حذف می شود.

در این مقاله یک روش رتبه کاسته کارآ جهت پیش بینی رفتار جریان غیردائم کاویتاسیون جزئی ارائه شده است. در این راستا جریان پتانسیل غیر دائم همراه با کاویتی با استفاده از روش المان مرزی تحلیل شده است. کاویتاسیون جزئی بر اساس روش غیرخطی جزئی با شبکه ثابت همراه با برخی اصلاحات مدل شده است. روش رتبه کاسته ارائه شده بر مبنای مقادیر ویژه می باشد. بدین منظور، الگوریتم تکراری محاسبه مرز کاویتی که به صورت متداول برای تعیین مرزهای کاویتی مورد استفاده قرار می گیرد، به طور بهینه ای حذف شده است. بر پایه این روش ها، تحلیل ویژه و مدل سازی رتبه کاسته جریان غیر دائم بر روی ناکا 16-006 انجام گرفته است. دقت و کارایی مدل ارائه شده با بررسی حالت های مختلف مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. مقایسه نتایج بین الگوریتم پیشنهادی و روش های متداول بیانگر کارکرد روش پیشنهادی با دقت مطلوب است. در نهایت نشان داده شده که مدل رتبه کاسته پیشنهادی از لحاظ زمان محاسباتی بسیار بهینه تر از روش متداول در تحلیل جریان غیر دائم کاویتاسیون جزئی بر روی هیدروفویل ها عمل می کند.