تغییر شکل پلاستیک شدید یکی از روشهای موثر در کاهش اندازه دانه های مواد فلزی و دست یابی به مواد فوق ریزدانه و نانوساختار می باشد. در مقاله حاضر تغییر شکل پلاستیک شدید از طریق ترکیبی از اکستروژن و پرس در کانالهای زاویه دار هم مقطع بر روی مواد مختلف مانند مس خالص تجاری، آلیاژ آلومینیم 7075، فولاد میکروآلیاژی و فولاد ساده کربنی فریتی به طور موفقیت آمیزی اعمال شد. با بررسی ریزساختار حاصل از تغییر شکل در دمای محیط از طریق میکروسکوپ نوری و پراش پرتو ایکس قابلیت این روش در فرآوری مواد نانوساختار به اثبات رسید. اندازه متوسط دانه ها در آلیاژ آلومینیم 7075 در حدود 160 نانومتر و فولاد ساده کربنی در حدود 125 نانومتر محاسبه شد. همچنین تغییر شکل از طریق این روش بر روی آلیاژ آلومینیم 7075 و فولاد ساده کربنی در دمای بالا اعمال شد. در مورد آلیاژ آلومینیم 7075 از طریق وقوع تبلور مجدد دینامیکی اندازه متوسط دانه ها تا 6 میکرومتر کاهش پیدا کرد. علاوه بر این تغییر شکل فولاد ساده کرینی با دمای پیشگرم 930 درجه سانتیگراد نشان داد که اندازه دانه ها در این فولاد را می توان از طریق وقوع استحاله تحت کرنش دینامیکی آستنیت به فریت تا 3 میکرومتر کاهش داد. مشخصه های تغییر شکل فرآیند تلفیقی اکستروژن-پرس در کانالهای زاویه دار هم مقطع از طریق شبیه سازی المان محدود مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از نتایج تحلیل المان محدود نحوه توزیع کرنش در نمونه های تغییر شکل یافته مطالعه شد.

در بین فرایندهای مختلف تغییر فرم پلاستیک شدید(SPD) ، فرایند پرس در کانالهای زاویه دار مساوی (ECAP) یکی از موثرترین روش ها بوده که با ریز دانه کردن فلزات چند کریستالی خواص مکانیکی فلز را بالا می برد. در این مقاله پرس در کانالهای زاویه دار مساوی مکرر(ECMAP)  بعنوان یکی از روش های موثر ECAP در تولید تسمه های فوق ریز دانه از جنس Al5754 مطالعه شد. مسیر C بعنوان مسیر چند پاسه در نظر گرفته شد و از آنالیز گری بعنوان روش بهینه سازی استفاده شد. پارامترهای هندسی بعنوان متغیرهای ورودی و ضریب ناهمگنی کرنش، کرنش پلاستیک معادل و نیروی لازم برای فرایند، بعنوان متغیرهای هدف در نظر گرفته شدند. تست های پیشنهای با روش فاکتوریل بوسیله المان محدود شبیه سازی شدند. شبیه سازی های المان محدود با نرم افزار تجاری آباکوس انجام شد و نتایج بدست آمده با روشهای تئوری و تست های عملی صحه گذاری شدند. سپس با در نظر گرفتن پارامترهای ورودی و خروجی بهینه سازی انجام شد و نتایج بهینه برای پارامترهای ورودی مسیر C استخراج شدند. همچنین درصد تاثیرگذاری هر پارامتر، روی پارامترهای هدف بدست آمد. این نتیجه حاصل شد که در میان پارامترهای هندسی مسیرC ، زاویه کانال قالب (ϕ_2) و زوایای انحنای گوشه قالب(ψ_1)  بترتیب بیشترین و کمترین تاثیر را روی پارامترهای هدف دارند.

در این تحقیق تاثیر ضریب کارسختی بر روی نحوه سیلان فلز و توزیع کرنش، فاکتور تخریب و نیروی لازم برای پرس نمونه با استفاده از تحلیل المان محدود مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل نشان داد در مورد ماده پلاستیک ایده آل منطقه پر نشده از فلز در محل تقاطع کانالها ایجاد نمی شود و کرنش اعمالی به ناحیه پایینی نمونه از سطح بالایی بیشتر است. در حالیکه با افزایش ضریب کارسختی اندازه ناحیه پر نشده افزایش یافته و کرنش کمتری به قسمت پایینی نمونه اعمال می شود. همچنین فاکتور تخریب در نمونه با رفتار پلاستیک ایده آل در سطح بالایی نمونه نسبت به نواحی دیگر بالا بوده و در این ناحیه تنشهای کششی نیز اعمال می شود. برعکس درمورد نمونه ای با رفتار کارسختی، بیشترین فاکتور تخریب مربوط به ناحیه نیمه پایینی نمونه است. از طرفی مشاهده شد با افزایش ضریب کارسختی میزان نیروی لازم برای پرس نمونه کاهش می یابد.

به منظور بررسی ساختار جریان (flow structure) در کانال های روباز، در شرایط جریان یکنواخت، تنش برشی و توزیع آن مورد تحقیق قرار گرفته است. از آنجایی که توزیع تنش برشی در طول جداره کانالها و همچنین تاثیر شکل مقطع در میزان حمل رسوبات بسیار مهم است، توزیع تنش برشی در کانالهای با مقطع مختلف (مستطیلی، ذوزنقه ای، دایره ای و مقطع مستطیلی با کفv شکل) بررسی و مقایسه شده اند. برای اندازه گیری تنش برشی جداره از لوله پرستون  (Preston tube)به قطر داخلی 4.075 میلی متر استفاده شده است. نتایج داده های آزمایشگاهی نشان می دهند که توزیع تنش برشی در تمام مقاطع کانالها در شرایط جریان فوق بحرانی تغییراتی مشهود داشته ولی در حالت جریان زیر بحرانی توزیع ها بدون برآمدگی و نسبتا صاف هستند. نتایج حاصل همچنین نشان می دهد که شکل مقطع کانال و جریانهای ثانویه(secondary flows) در توزیع تنش برشی بسیار موثر بوده است. البته این تاثیر در جریان های زیر بحرانی و فوق بحرانی در کانالها متفاوت می نمایند. بدین منظور از آنالیز درصد سهم نیروی برشی دیواره کانال  (%SFw)استفاده گردیده است. براساس نتایج به دست آمده، نسبت محیط مرطوب بستر کانال به محیط مرطوب دیواره آن (P+ = Pb/Pw) پارامتر مناسبی برای معرفی%SFw می باشد. یک نتیجه جالب این است که مقدار متوسط ضریب ویسکوزیته گردابی (l) تابع دبی جریان در کانالها است، طوری که با افزایش دبی جریان از مقدار l کاسته می شود. این موضوع بایستی در مدل های کامپیوتری برای جریان در کانال های روباز مدنظر قرار گیرد.

توسعه روابط هندسه هیدرولیکی در پروژه های احیای رودخانه و مدلسازی هیدرولوژیکی اهمیت قابل توجهی دارد. از اینرو، ارائه روابط منطقهای جهت فرموله نمودن ابعاد مقطع پر کانال با استفاده از سطح حوضه زهکشی بالادست (به عنوان متغیر مستقل) در حوضه تروال، به عنوان هدف اصلی این تحقیق مد نظر قرار گرفت. بررسیهای میدانی در 28–13 آبان ماه 1394 در طول رودخانه های اصلی چم سیس، سنگ سیاه، اوزون دره و رودخانه اصلی تروال انجام گرفت و فرموله کردن ابعاد مقطع پر کانالهای پایدار بر مبنای سطح حوضه بالادست و با استفاده از داده های 22 مقطع پایدار انجام شد. نتایج حاصله نشان داد که مدلهای چندبخشی در فرموله کردن رابطه بین سطح حوضه بالادست و خصوصیات مقطع کانال پایدار، بهترین عملکرد را داشتند. مقادیر ریشه دوم میانگین مربعات خطای نسبی (RRMSE) بیشتر از 0.4 معادلات رگرسیونی اولیه هندسه هیدرولیکی بر اساس رابطه توانی ساده بین ابعاد مقطع پر کانال و سطح حوضه بالادست، نشان دهنده عملکرد ضعیف معادلات توانی ساده در برآورد هندسه هیدرولیکی بود در حالیکه در روابط توانی چند بخشی، نه تنها مقادیر RRMSE در برآورد سطح مقطع و عرض بالای مقطع در حوضه های با مساحت کمتر از 1165 کیلومتر مربع، زیر 0.2 بود بلکه مقادیر خطای RRMSE در برآورد عمق متوسط و عمق حداکثر پر کانال در حوضه های با مساحت زیر 100 کیلومتر مربع نیز به ترتیب کمتر از 0.12 و 0.25 بدست آمد. با این حال، رابطه مناسبی برای فرموله نمودن ابعاد مقطع کانال پایدار در حوضه های با مساحت بیش از 1165 کیلومترمربع معرفی نشد. این امر می تواند به دلیل تغییر در رابطه بارش- رواناب و اثرات بیشتر فعالیت های انسانی در حوضه های بزرگتر باشد. نتایج بدست آمده از این تحقیق، اطلاعات مفیدی را فراهم مینماید که در پروژه های احیای رودخانه و طراحی سازه های آبی کاربرد دارد.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.