فنی و مهندسی مدرس
سال:1386 | دوره:- | شماره:28 (ویژه نامه مهندسی مکانیک) |تعداد مقالات:11

خستگی حرارتی، خستگی مکانیکی، سایش و تغییر شکل پلاستیک دمای بالا، سازوکارهای اصلی فرسایش قالبهای فورج گرم است. سختپوشی مناطق تحت تمرکز تنش این قالبها، به وسیله سوپر آلیاژهای پایه کبالت از قبیل استلایت 6، تاثیر بسیار زیادی بر افزایش عمر قالبها و بهود عملکرد آنها دارد. سختی دمای بالا، مقاومت به گالینگ، مقاومت به خوردگی و اکسایش دمای بالا، مقاومت به سایش چسبان فلز به فلز و عدم بروز استحاله آلوتروپیک تا دمای 1100oC، از خواص عمده این آلیاژ به شمار می روند. فولاد H11 که کاربرد بسیار گسترده ای در ساخت قالبهای فورج گرم دارند، به علت برخورداری از عناصر آلیاژی و در نتیجه سختی پذیری بالا، از حساسیت زیادی نسبت به سرعتهای سرد شدن زیاد و ترک هیدروژنی (HIC) برخوردار است. به همین دلیل در این مقاله پارامترهای مختلف سختپوشی فولاد مذکور به وسیله آلیاژ استلایت 6 به روش TIG در شرایط انتقال حرارت سه بعدی، بررسی شده است. با توجه به نتایج حاصل، امکان سختکاری این فولاد پس از سختپوشی آن با استلایت 6 وجود نداشته و توصیه می شود دماهای پیشگرم و بین پاسی سیکل سختپوشی آن در محدود 310-370oC قرار داشته باشند. شدت جریان مناسب برای جوشکاری لایه اول با مفتولی به قطر 3.2mm، در حدود 80 الی 85 آمپر ارزیابی شده و لازم است برای حصول بیشینه سختی (41-42HRC) به وسیله سیکل مذکور، ضخامت لایه سختپوشی حداقل 3mm باشد. توصیه می شود انرژی ورودی سیکل جوشکاری کمتر از 455KJ/m بوده و Dt8®5 آن در محدوده 6-15.3s قرار داشته باشد. همچنین توصیه می شود عملیات پسگرم این فولاد در محدوده دمایی 425-500oC به مدت 1 ساعت به ازای هر 30mm ضخامت انجام شود.

در این مقاله، طراحی و ساخت نوعی موتور خطی جریان مستقیم با آهنربایی دایمی بررسی می شود، که از نوع تخت با آهنربای متحرک است. این موتور ساختار بسیار ساده ای دارد و بنابراین کنترل آن بسیار ساده است. در این طرح، نیروی رانش بر اثر قرار گرفتن سیم حامل جریان در میدان مغناطیسی آهنربایی دایم ایجاد می شود. در ساخت این موتور از آهنربای دایمی از نوع ساخته شده با عناصر کمیاب خاکی استفاده می شود که قویترین آهنربا در حال حاضر است، به همین علت این موتور بازده بالایی دارد. برای تخمین اولیه پارامترهای هندسی مانند ابعاد آهنربا و سیم پیچ از معادلات ساده شده ریاضی و برای تحلیل دقیق از روش اجزای محدود استفاده شده است. نتایج تجربی و مقایسه آن با نتایج حاصل از تحلیل اجزای محدود، بیانگر تطابق خوب این روش تحلیل با نتایج تجربی است.

شکل سطح آزاد جریان، توزیع فشار و نرخ جریان عبوری از سازه های هیدرولیکی، تعدادی از پارامترهای مهم در طراحی هیدرولیکی چنین سازه هایی به شمار می روند. در مسایل حرکت سیال با سطح آزاد، به دلیل غیر خطی بودن شرط مرزی دینامیکی و مجهول بودن شکل ناحیه مساله از قبل، از روشهای تکراری برای یافتن شکل سطح آزاد استفاده می شود.این مسایل به دلیل تغییر هندسه در هر مرحله از تکرار، جزو مسایل با هندسه متغیر دسته بندی می شوند. در این مقاله به حل مسایل جریان سیال با مدل جریان پتانسیل با یک سطح آزاد، به روش عددی گالر کین بدون المان پرداخته شده و رهیافتی برای پرداختن به مسایل با هندسه متغیر ارایه شده است. در این تحقیق از ویژگی عدم وابستگی روش گالرکین بدون المان به شبکه المانی استفاده شده و روشی برای حل مسایل با هندسه متغیر ارایه شده که در آن از شبکه گرهی و سلولهای انتگرالگیری ثابت به نحوی استفاده می شود که در هر مرحله از تکرار، علی رغم تغییر هندسه، شبکه استفاده شده ثابت باقی می ماند. به منظور بررسی تواناییهای روش ارایه شده در حل مسایل با سطح آزاد، یک مساله نمونه که محققان با روشهای گوناگونی به حل آن پرداخته اند، بررسی شده و نتایج حاصل با نتایج موجود در منابع مقایسه شده است. پس از بررسی کارایی روش ارایه شده، جریان سطح آزاد عبوری از زیر دریچه تخت طراحی شده برای خروجی تحتانی سد کارون سه، تحلیل شده و نتایج حاصل با نتایج آزمایشگاهی مدل هیدرولیکی دریچه مزبور مقایسه شده است.

استفاده از روش اجزای محدود در طراحی سازه ماشینهای ابزار و همچنین تخمین سفتی آنها، روشی معمول است، اما به دلایلی مانند: الف( عدم امکان تعریف دقیق شرایط مرزی سازه مورد طراحی ب( عدم امکان تعریف دقیق سیستم نیرویی عمل کننده بر سازه مورد مطالعه و همچنین ساده سازیهای مربوط به مدل هندسی سازه، نتایج حاصل همراه با خطا خواهند بود.در این شرایط مدلسازی فیزیکی سازه ماشین ابزار با یک ماده مناسب کاملا توجیه پذیر است. در این مقاله سازه نوعی ماشین تراش عمودی طراحی شده و برای بررسی نتایج کامپیوتری به دست آمده، به طور فیزیکی مدلسازی شده است. مدل ساخته شده با مقیاس یک چهارم سازه اصلی )سازه چدنی( و از جنس پلی اتیلن است. در راستای براورد سفتی، مدل فیزیکی تهیه شده به وسیله جک پیچی بارگذاری شده و مقادیر تغییر مکان نقاط معینی از آن اندازه گیری شده است. تطابق بین نتایج کامپیوتری و نتایج حاصل از آزمایش مدل فیزیکی در این مقاله بررسی شده است.

یکی از راههای تهویه طبیعی ساختمانها، استفاده از زمین به عنوان منبعی حرارتی برای سرمایش و گرمایش است. در این تحقیق به منظور ارزیابی عملکرد سیستمی که از کانالهای مرطوب زیرزمینی برای تهویه طبیعی استفاده می کند، از مدل یک بعدی عددی و ساده ای استفاده شده است. بر اساس این مدل، انتقال حرارت و جرم در کانال زیرزمینی در حالتی که دیوار کانال با لایه نازکی از آب تر شده باشد، بررسی می شود. در ادامه با معادلسازی، تحلیل کانال مرطوب و خشک، با معرفی ضریبی برای سرمایش تبخیری انجام می شود. مدل ارایه شده توانایی پیش بینی تغییرات درجه حرارت و نسبت رطوبت هوا در طول کانال و تعیین مقدار بار برودتی تولید شده را دارد. تحلیل پارامتری به منظور تعیین اثر قطر هیدرولیکی و نرخ جریان هوا بر انتقال حرارت و جرم میان سطح مرطوب و هوای داخل کانال انجام شده است.

جریان سه بعدی سیال با سطح آزاد، در بسیاری از مسایل عملی کاربرد داشته و از این رو، همواره موضوع کارهای تحقیقاتی در زمینه دینامیک سیالات محاسباتی بوده است. مدلسازی عددی چنین جریانی در شرایطی که تغییر شکل سطح آزاد بزرگ و پیچیده بوده و اختلاف خواص دو سیال نیز زیاد باشد، نیازمند دقت کافی در رویه های عددی حل است.این مقاله بر اساس رویکرد حجمی مدلسازی سطح آزاد به حل معادله انتقال نسبت حجمی دو سیال می پردازد. در گسسته سازی این معادله از یک طرح ترکیبی بالا مرتبه استفاده شده است، تا منطقه انتقال دو فاز سیال )برای مثال آب و هوا( در عرض یک سلول محاسباتی قرار گرفته و به علاوه، شکل سطح آزاد نیز حفظ شود. روش گام جزیی به منظور کوپل کردن میدان سرعت و فشار و به بیان دیگر، حل معادلات ناویر - استوکس و پیوستگی انتخاب شده است. این روش به خلاف روشهای مشابه، با یک بار حل کردن معادلات در هر گام زمانی، مقادیر دقیق میدان سرعت و فشار را تعیین می کند. البته ایجاد چنین رویه عددیی، به ملاحظات خاصی در برخی محاسبات و انتخاب طرحهای گسسته سازی نیاز دارد که در این مقاله به آنها اشاره شده است. در انتها با مدلسازی ناپایداری رایلی – تیلور و شکست ستون سیال درون یک مخزن در حالت و سه بعدی، نتایج عددی و کارهای تجربی و عددی مشابه مقایسه شده و بدین ترتیب صحت و دقت نرم افزار تهیه شده بر اساس الگوریتم عددی مورد بحث، تعیین شده است.

بیودیزل به عنوان سوخت جایگزین گازوییل به آسانی قابل استفاده در موتور دیزل بوده و دوستدار محیط زیست است. با افزایش قیمت جهانی سوختهای فسیلی در آینده، بیودیزل توانایی رقابت اقتصادی با آنها را خواهد داشت زیرا منابع اولیه تولید سوخت بیودیزل، تری گلیسیریدها و مشتقات آن هستند که از روغنهای گیاهی )پسماند روغنهای خوراکی یا غیرخوراکی( یا چربیهای حیوانی به دست می آیند. در این تحقیق امکان استفاده از بیودیزل حاصل از روغن آفتاب گردان در یک موتور دیزل کم دور (Mلیستر 8.1) مطالعه شده است. پارامترهای عملکردی و آلاینده های خروجی موتور در ترکیبات مختلفی از سوخت بیودیزل و گازوییل بر مبنای حجمی B00)، B10، B20، B30، B40 و (B100 بررسی شد.نتایج آزمونهای کوتاه مدت موتور که بر مبنای استاندارد ECE R-49 انجام شد، نشان داد که با افزایش سهم بیودیزل تا %20 حجمی، مشخصه هایی نظیر حداکثر فشار داخل محفظه احتراق، دمای خروجی اگزوز، زمان تاخیر در اشتعال، سرعت دورانی موتور، بازده حرارتی اندیکاتوری و ترمزی در جهت کارایی مناسب موتور افزایش می یابد. همچنین به دلیل بهبود کیفیت احتراق، انتشار آلاینده های CO و UHC کاهش می یابد، لیکن آلاینده NOx به دلیل احتراق شدیدتر و در نتیجه تولید فشار و دمای بالاتر، افزایش می یابد. مصرف سوخت ویژه ترمزی در این ترکیب کمترین مقدار را دارد که از نظر اقتصادی بسیار مهم است.

از جمله عوامل ایجاد صداهای مزاحم در خودرو پدیده Gear Rattle در جعبه دنده خودرو است. ارتعاشات چرخ دنده ها در حین Rattle از نوع ارتعاشات شدیدا غیرخطی است. در این پژوهش ابتدا مدل ساده ای برای این نوع ارتعاش در گیربکس خودرو ارایه و سپس مدل در جعبه ابزار Simulink نرم افزار Matlab شبیه سازی شد. روشهای تحلیلی نیز برای حل مساله بررسی شده و با نتایج شبیه سازی مقایسه شده است. در پایان راههایی برای کاهش این نوع ارتعاشات پیشنهاد شده است.

استحکام کشش بالا همراه با مقاومت به ضربه و چقرمگی مناسب، از خصوصیات مهم مکانیکی فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا است. از عوامل بسیار مهم و موثر بر این خصوصیات، آخالها و مشخصات آنها است. لذا در این پژوهش اثر همزمان نیتروژن و آلومینیم بر خواص مکانیکی فولاد با استحکام بالای کم آلیاژ AISI9335 معادل DIN35 NiCrMoV محتوی Ni-Cr-Mo و با کربن متوسط مطالعه شد. ابتدا با تغییر مقدار نیتروژن و آلومینیم و ثابت نگاه داشتن سایر عناصر فولاد، نمونه هایی با ترکیبهای شیمیایی مختلف به روش ریخته گری تهیه شد. سپس نمونه های تهیه شده، تحت عملیات تغییر شکل گرم فورج چهار چکشه و پس از آن عملیات حرارتی قرار گرفت. روی این نمونه ها آزمایشهای سختی سنجی، کشش، مقاومت به ضربه شارپی و متالوگرافی نوری و SEM انجام شد تا آخالهای معمول این فولاد شناخته شود.نتایج نشان می دهند که با افزایش نسبت آلومینیم به نیتروژن و با افزایش درصد نیتروژن در فولاد تا ppm165، استحکام کشش و سختی - به دلیل افزایش ذرات نیترید آلومینیم - افزایش و مقاومت به ضربه کاهش می یابند در حالی که با افزایش نسبت مذکور و با کاهش درصد نیتروژن فولاد تا 60ppm، به دلیل کاهش ذرات مزبور، استحکام کشش و سختی کاهش و مقاومت به ضربه افزایش می یابد.

بادامک و پیرو یکی از سازوکارهای متداول در ماشینهای صنعتی برای ایجاد حرکتهای متنوع و پیچیده است. زاویه فشار و تنش هرتزین از جمله عواملی است که تاثیر نامطلوبی بر رفتار دینامیکی بادامکها دارند. به طور کلی برای منحنی صعود معین پیرو، افزایش ابعاد بادامک با کاهش زاویه فشار و تنش هرتزین همراه است. از آنجا که در موتورها و ماشینها، فضای محدودی برای عملکرد بادامک وجود دارد، لذا نیاز به روشی برای یافتن بادامک بهینه محسوس است. در این مقاله روشی برای بهینه سازی زاویه فشار برای بادامکهای دیسکی با پیروهای نوک تیز و غلطکی رفت و برگشت و نیز روش مشابهی برای بهینه سازی تنش هرتزین در بادامکهای دیسکی با پیرو تخت رفت و برگشتی که در فضای هندسی محدود )قیود هندسی( کار می کنند، ارایه شده است. برای این منظور ضمن بیان دقیق توابع هدف، با استفاده از برش زدن محدوده هندسی، قیود پیچیده هندسی به روابط ریاضی مناسبی ساده شده و الگوریتم بهینه سازی نیز به طور کامل تشریح شده است.

در این مقاله مدلی ریاضی برای شبیه سازی فرایند خمکاری پایدار و پیوسته مکانیکی ورق فلزی نازک توسط دستگاه چهار غلتک به کار رفته است. معادلات دیفرانسیل حاکم بر این تغییر شکل بزرگ که بر روی ورق نازک با رفتار الاستیک - کاملا پلاستیک تحت بارگذاری و باربرداری در طول فرایند انجام شده، با مدلسازی تغییر شکل به دست آمده است. با استفاده از این معادلات سیستم، مقادیر فیزیکی یعنی (i) مقدار نهایی تغییر شکل و تنش ورق خم شده (ii) تغییرات زاویه تماس بین ورق و غلتکها (iii) نیروهای وارد شده به غلتکها (iv) محل قرارگیری غلتک عملگر کناری در رابطه با خمش ورق تحت انحنای دلخواه برای عملیات خمش تک - مرحله ای پیش بینی می شود. نتایج این تحلیل با نتایج تجربی مقایسه و تطابق خوبی مشاهده شده است.