فهرست مطالب

مجله مهندسی ساخت و تولید ایران
سال دهم شماره 6 (شهریور 1402)

  • تاریخ انتشار: 1403/01/06
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمد پورحاجی، امیرحسین حمدالله زاده، محمدرضا نخعی* صفحات 1-15

    در این پژوهش با استفاده از روش اختلاط مذاب، نانوکامپوزیت پلی وینیل کلراید (PVC) / نیتریل بوتادین رابر  (NBR)/ گرافن ساخته شد. برای بررسی تاثیر درصد وزنی الاستومر NBR و درصد وزنی نانوصفحات گرافن بر خواص مکانیکی (استحکام کششی و درصد ازدیاد طول در هنگام شکست) نانوکامپوزیت PVC/NBR/Graphene ، از روش رویه پاسخ (RSM) استفاده شد. با استفاده از جدول آنالیز واریانس برای خواص مکانیکی نانوکامپوزیت روابط ریاضی ارایه گردید و میزان تاثیر هر یک پارامترهای موادی بر خواص مکانیکی مورد بررسی قرار گرفت. مقایسه نتایج روابط ریاضی و نتایج تجربی خطای کمی را نشان داد. همچنین برای تایید نتایج خواص مکانیکی، ریز ساختار نمونه ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی (SEM) بررسی شد.  نتایج نشان داد با افزایش درصد وزنی نانوصفحات گرافن از 0 تا 2 درصد وزنی و کاهش NBR از 40 به 20 درصد وزنی در نانوکامپوزیت، استحکام کششی افزایش می یابد، درحالی که درصد ازدیاد طول در شکست کاهش پیدا می کند. با بهینه سازی خواص مکانیکی جهت داشتن همزمان بیشنه استحکام کششی (4/15مگاپاسکال) و بیشینه درصد ازدیاد طول در هنگام شکست (107/6درصد)، درصد وزنی نانوصفحات گرافن و NBR به ترتیب 0/81 و 35/18 درصد خواهد بود.

    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت، خواص مکانیکی، پلی وینیل کلراید، نیتریل بوتادین رابر، گرافن
  • فاطمه احمدی، محمد ذبیحی گرگری، حمیدرضا شاهوردی* صفحات 16-28
    در سال های اخیر با افزایش رقابت بین شرکت های خودروسازی و وضع قوانین دولتی مبنی بر کاهش بیشتر مصرف سوخت و به تبع آن الزام کاهش وزن خودرو، نسل سوم فولادهای پیشرفته استحکام بالا به دلیل استحکام کششی و شکل پذیری بهتر نسبت به نسل اول و هزینه کم تر نسبت به نسل دوم، بسیار مورد توجه صنعت خودرو قرار گرفته اند. در این پژوهش، نماینده ی جدیدی از نسل سوم فولادهای استحکام بالای پیشرفته، تحت عنوان 112HR طراحی، تولید و معرفی شده و خواص مکانیکی آن مورد بررسی قرارگرفته و با فولاد SAPH440 که در حال حاضر در صنعت خودرو داخلی و در قسمت کابین خودرو استفاده می شود، مقایسه گردیده است. آزمون کشش تک محوره در سه جهت نورد، عمود بر نورد و زاویه 45 درجه نسبت به نورد انجام شد. فولاد 112HR با استحکام کششی 1190 مگاپاسکال و ازدیاد طول 5/54 درصد و شاخص شکل پذیری بیش از 60 گیگا پاسکال درصد، خواص بهتری نسبت به  فولاد SAPH440 با استحکام کشش 450 مگا پاسکال و ازدیاد طول 43 درصد از خود نشان داده است. اما در آزمون کشش نمونه ی شیاردار و انبساط حفره که تنش سه بعدی است، فولاد 112HR عملکرد بدتری داشته است به گونه ای که میزان انبساط حفره فولاد SAPH440 نسبت به فولاد 112HR، حدود 76/3 برابر بیشتر بوده است. علت این اختلاف خواص استحاله ی آستنیت به مارتنزیت حین تغییر شکل در فولاد 112HR و کم بودن مقاومت برشی مارتنزیت است. تبدیل آستنیت به مارتنزیت توسط پراش اشعه ایکس و بررسی های میکروسکوپی نوری و الکترونی در فولاد 112HR تایید شد.
    کلیدواژگان: فولاد پیشرفته استحکام بالا، انبساط حفره، استحاله ی آستنیت به مارتنزیت، شاخص شکل پذیری
  • مجید الیاسی*، مقداد روح الامینی آهنگر، وحید مدانلو صفحات 29-39
    لوله های جدار نازک سوراخ دار به عنوان یک گزینه جذب انرژی مناسب، همواره مورد توجه محققان بوده است. در این پژوهش، قابلیت جذب انرژی لوله های جدار نازک سوراخ دار با الگوی نامنظم با لوله های جدار نازک بدون سوراخ و سوراخ دار منظم مقایسه شده است. در همین راستا، از لوله های جدار نازک استوانه های از جنس آلیاژ آلومینیوم 6061 تحت بارگذاری محوری استفاده شده است. در ابتدا فرآیند با استفاده از شبیه سازی اجزای محدود مدل سازی و صحت نتایج عددی با استفاده از نتایج تجربی تایید شد. سپس با استفاده از آرایه متعامد L16 تاگوچی، تاثیر پارامترهای هندسی بر روی نسبت انرژی به وزن لوله های جدار نازک سوراخ دار با الگوی نامنظم بررسی شد. در ادامه، با استفاده از تحلیل سیگنال به نویز، چیدمان بهینه به منظور دستیابی به بیشینه نسبت انرژی به وزن حاصل شد. در پایان، آزمایش های تجربی بر روی لوله با چیدمان بهینه، لوله بدون سوراخ و لوله سوراخ دار منظم انجام شد. با مقایسه قابلیت جذب انرژی لوله های مختلف مشخص شد که با چیدمان بهینه، نسبت انرژی به وزن نسبت به لوله های بدون سوراخ و سوراخ دار منظم به ترتیب در حدود 19 و 26% افزایش می یابد. همچنین با استفاده از الگوی پیشنهادی جدید، نسبت نیروی اولیه به نیروی متوسط نسبت به نمونه های بدون سوراخ و سوراخ دار منظم به ترتیب در حدود 17 و 19% کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: لوله های جدار نازک، نیروی لهیدگی، نسبت انرژی به وزن، شبیه سازی اجزای محدود
  • فرزین عظیم پور شیشوان*، حسین رحیمی آسیابرکی، بهمن رحمتی نژاد صفحات 40-52
    در این تحقیق رفتار مقاومت به ضربه با سرعت پایین برای دو نوع از مواد رایج فلزی فولادی و آلومینیومی و دو نوع ماده کامپوزیتی زمینه اپوکسی تقویت شده با الیاف کربن و شیشه آنالیز گردیده و نتایج مربوط به آنالیزهای مواد فلزی و کامپوزیتی از جمله تنش ها و کرنش های فون میزس، تنش برشی ماکزیمم و انرژی کرنشی مربوط به ضربه در این مواد مقایسه گردید. بر اساس نتایج به دست آمده فولاد با داشتن تنش فون میزس و برشی بالا و مقادیر کرنش فون میزس و کرنش برشی پایین دارای عملکرد بهتری نسبت به آلومینیوم و مواد کامپوزیتی بود. نمونه فولادی با تحمل مقدار 23815 مگاپاسکال دارای بیشترین تنش فون میزس و نمونه کامپوزیتی تقویت شده با الیاف کربن با تحمل 4763 مگاپاسکال دارای کمترین مقدار تنش فون میزس بود. بیشترین مقدار کرنش فون میزس در نمونه کامپوزیت الیاف کربن در مقایسه با سایر نمونه های فلزی و کامپوزیتی است این افزایش به مقدار حدودا 870% بیشتر از نمونه فولادی می باشد که این نشانگر ضعف این مواد در تحمل بارهای ضربه ای است. همچنین نمونه کامپوزیتی تقویت شده با الیاف شیشه دارای کارکرد بهتر در مقایسه با کامپوزیت های زمینه اپوکسی تقویت شده با الیاف کربن است. دلیل این امر خاصیت جذب انرژی بهتر الیاف شیشه در مقایسه با الیاف کربن می باشد.
    کلیدواژگان: المان محدود، ضربه با سرعت پایین، مواد فلزی، کامپوزیت الیاف کربنی، کامپوزیت الیاف شیشه
  • داود افشاری*، حسن مدرسی نیا، محمد کریمی ایوانکی، محمدمهدی انتظاریان صفحات 53-64

    جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه ای (FSSW) یکی از انواع روش های جوشکاری حالت جامد جهت اتصال قطعات و فلزات سبک بخصوص آلیاژهای آلومینیوم و مس محسوب می شود. در این تحقیق تاثیر پارامترهای مهم فرآیند جوشکاری FSSW از قبیل سرعت دورانی و زمان توقف ابزار بر خواص مکانیکی و میکرو سختی سنجی اتصالات غیر همجنس آلیاژ آلومینیوم 6061 به مس خالص تجاری مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین تاثیر نحوه قرارگیری ورق ها بر خواص مکانیکی مطالعه شده است. نتایج نشان می دهد با افزایش سرعت دورانی ابزار از 1250 به 1600 دور در دقیقه و زمان توقف ابزار از 5 به 10 ثانیه استحکام کششی و خمشی تمامی نمونه های جوشکاری شده افزایش میابد. همچنین در سرعت های دورانی کمتر از 1250 دور در دقیقه به دلیل کاهش تولید حرارت اصطکاکی و بالاتر از 1600 دور در دقیقه به دلیل تولید حرارت بالاتر از حد، کیفیت اتصالات کاهش یافته است. نتایج میکرو سختی سنجی نشان می دهد در پارامترهای مختلف جوشکاری با افزایش سرعت دورانی و زمان توقف ابزار باعث ایجاد دانه های ریز و تبلور مجدد یافته در منطقه اغتشاشی و دیگر نواحی شده، که این مسیله در اثر حرارت تولیدی ناشی از اصطکاک و تغییر فرم شدید ماده در حین جوشکاری میباشد. نتایج به دست آمده نشان می دهد در حالتی که مس بالا و آلومینیوم پایین باشد استحکام تسلیم و نهایی کشش به بیشترین مقادیر خود به ترتیب 142 و 188 مگاپاسکال می رسد.

    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه ای، پارامترهای جوشکاری، آلیاژ آلومینیوم 6061، مس، خواص مکانیکی
  • آرش قاسمی، سید مهدی عباسی*، مریم مرکباتی، آدلی آخوندزاده صفحات 65-76

    اصلاح اندازه دانه از طریق تبلور مجدد دینامیکی یکی از راه های مناسب جهت بهبود خواص مکانیکی شمش های فولادهای زنگ نزن آستنیتی نیتروژن بالا حین نورد داغ می باشد. در این مقاله با استفاده به شبیه سازی بر پایه ی المان محدود و نتایج تجربی، اثر نورد معمولی و نورد با گرادیان دمایی روی تحولات ریزساختاری شمش فولاد زنگ نزن آستنیتی حاوی نیتروژن نیترونیک 50 حین نورد داغ مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از شبیه سازی به وسیله ی آباکوس نشان داد که تحت شرایط گرادیان دمایی می توان یکنواختی کرنش در سطح مقطع را افزایش داد. در حالی که در شرایط نورد معمولی مقدار بیشینه کرنش در سطح نمونه است. نتایج ریز ساختاری حاصل از میکروسکوپ نوری برای نورد با گرادیان دمایی نشان داد میانگین اندازه دانه در مرکز شمش کمتر از سطح شمش بوده که نشان می دهد مقدار تبلورمجدد در مرکز شمش بیش از سطح نمونه است. اختلاف دما در مرکز نسبت به سطح نمونه منجر به کاهش قابل ملاحظه استحکام در مرکز شمش نسبت به سطح آن می شود. اختلاف میانگین اندازه دانه های تبلور مجدد دینامیکی شده در سطح و مرکز شمش برای نورد با گرادیان دمایی کمتر از  3 بود. وجود دانه های اولیه (میانگین اندازه دانه  68) و مرزهای تحدب یافته در مرکز شمش و دانه های یکنواخت و ریز در قسمت سطحی ( 5/8) شمش تحت نورد معمولی (1000)، نشان داد که در مرکز شمش به دلیل پایین بودن دما و مقدار کرنش موثر، تبلور مجدد دینامیکی رخ نداده است. توزیع تقریبا یکنواخت دانه های آستنیت در جهت ضخامت شمش برای نورد با گرادیان دمایی نشان داد که این روش، برای نورد داغ شمش فولاد آستنیتی روشی مناسب نسبت به شرایط نورد معمولی است.

    کلیدواژگان: شبیه سازی، نورد با شیب دمایی، تحولات ریزساختاری، فولاد زنگ نزن
|
  • Mohammad Purhaji, AmirHosein Hamdollahzade, MohammadReza Nakhaei * Pages 1-15

    In this study, a nanocomposite based on polyvinyl chloride (PVC)/nitrile butadiene rubber (NBR)/Graphene nanoplates was prepared by melt mixing method. The response surface methodology (RSM) was employed to investigate the effect of weight percentages of NBR elastomer and graphene nanosheets on the mechanical properties (tensile strength and elongation at break) of the PVC/NBR/graphene nanocomposite. Mathematical relationships for the mechanical properties of the nanocomposite were presented using analysis of variance (ANOVA) table, and the degree of influence of each material parameter on the mechanical properties was studied. The comparison of mathematical relationships and experimental results showed low error. Additionally, the microstructure of the samples was examined using scanning electron microscope (SEM) to confirm the results. The results showed that by increasing the weight percentage of graphene nanosheets from 0 to 2% and decreasing NBR from 40 to 20% weight percentage in the nanocomposite, the tensile strength increases while the elongation at break decreases. By optimizing the mechanical properties to achieve maximum tensile strength (15.4 MPa) and maximum elongation at break (107.6%), the weight percentages of graphene nanosheets and NBR will be respectively 0.81 and 35.18%.

    Keywords: Nanocomposite, Mechanical properties, Polyvinyl chloride, nitrile butadiene rubber, graphene
  • Fateme Ahmadi, Mohammad Zabihi Gargari, Hamidreza Shahverdi * Pages 16-28
    In recent years, with the increase in competition between automobile companies and the establishment of government laws to further reduce fuel consumption and, as a result, the requirement to reduce vehicle weight, the third generation of advanced strength steels have received much attention in the automotive industry due to their better tensile strength and ductility than the first generation and lower cost than the second generation. In this research, a new candidate of the third generation of advanced high-strength steels, with the name of 112HR, was design, production, and introduced and its mechanical properties were investigated and compared with SAPH440 steel, which is currently used in the domestic car industry and in the car cabin. Uniaxial tensile test was performed in three directions of rolling, perpendicular to rolling and 45-degree angle to rolling. 112HR steel with a tensile strength of 1190 MPa and an increase in length of 54.5% and a ductility index of more than 60 GPa% has shown better properties than SAPH440 steel with a tensile strength of 450 MPa and elongation of 43%. But in the tensile test of grooved sample and hole expansion, which is a three-dimensional stress, 112HR steel performed worse, so that the cavity expansion rate of SAPH440 steel was about 3.76 times higher than that of 112HR steel. The reason for this difference is the transformation properties of austenite to martensite during deformation in 112HR steel and the low shear strength of martensite. The transformation of austenite to martensite was confirmed by X-ray diffraction and optical and electron microscopic investigations in 112HR steel.
    Keywords: Advanced high strength steel (AHSS), Hole Expansion, Transformation of austenite to martensite, Deformation index
  • Majid Elyasi *, Meghdad Roohol Amini Ahangar, Vahid Modanloo Pages 29-39
    Perforated thin-walled tubes have always been the focus of researchers as an appropriate energy absorption alternative. In this research, the energy absorption capability of perforated thin-walled tubes with irregular pattern has been compared with thin-walled tubes without holes and regular holes. In this regard, cylindrical thin-walled tubes made of aluminum alloy 6061 have been used under axial loading. At first, the process was modeled using the finite element simulation, and the accuracy of the numerical results was verified using the experimental results. Then, using Taguchi's L16 orthogonal array, the effect of geometrical parameters on the energy-to-weight ratio of the perforated thin-walled tubes with irregular pattern was investigated. Afterward, the optimal arrangement was obtained to achieve the maximum energy-to-weight ratio using the signal-to-noise analysis. Finally, experimental tests were carried out on the tube with the optimal arrangement, the tube without holes and the tube with regular holes. By comparing the energy absorption ability of various tubes, it was found that with the optimal arrangement, the energy-to-weight ratio increases by 19 and 26%, respectively, compared to the non-perforated and regular perforated tubes. Also, using the new proposed pattern, the initial force to average force is reduced by 17 and 19%, respectively, compared to the non-perforated and regular perforated samples.
    Keywords: Thin-walled Tubes, Crushing Force, Energy to Weight Ratio, Finite element simulation
  • Farzin Azimpour Shishevan *, Hossein Rahimi Asiabaraki, Bahman Rahmatinejad Pages 40-52
    In this research, the impact resistance behavior at low speed is analyzed for two types of common metal materials, steel and aluminum, and two types of epoxy composite materials reinforced with carbon fibers and glass, and the results related to the analyzes of metal and composite materials, including Von Mises stresses and strains, maximum shear stress and impact strain energy were compared in these materials. Based on the obtained results, steel with high Von Mises and shear stress and low Von Mises strain and shear strain had better performance than aluminum and composite materials. The steel sample bearing 23815 MPa had the highest von Mises stress and the composite sample reinforced with carbon fibers bearing 4763 MPa had the lowest von Mises stress. The highest Von Mises strain is in the carbon fiber composite sample compared to other metal and composite samples. This increase is about 870% more than the steel sample. This indicates the weakness of these materials in bearing shock loads. Also, the glass fiber reinforced composite sample has better performance compared to the carbon fiber reinforced epoxy composites. The reason for this is the better energy absorption properties of glass fibers compared to carbon fibers.
    Keywords: Finite Element, Low velocity impact, Metal Materials, Carbon Fiber composite, Glass Fiber Composite
  • Davood Afshari *, Hasan Modaresinia, Moahmmad Karimi Ivanaki, MohammadMahdi Entezarian Pages 53-64

    Friction stir spot welding (FSSW) is one of the types of solid state welding methods for joining parts and light metals, especially aluminum and copper alloys. In this research, the effect of important parameters of the FSSW welding process, such as rotational speed and tool stop time, on the mechanical and micro- hardness properties of dissimilar connections of aluminum alloy 6061 to commercial pure copper has been investigated. Also, the effect of the placement of the sheets on the mechanical properties has been studied. The results show that by increasing the rotational speed of the tool from 1250 to 1600 rpm and the stopping time of the tool from 5 to 10 seconds, the tensile and bending strength of all welded samples increases. Also, at rotational speeds less than 1250 rpm due to the reduction of frictional heat generation, and higher than 1600 rpm due to excessive heat generation, the quality of connections has decreased. The results of micro- hardness measurement show that in various welding parameters, increasing the rotational speed and stopping time of the tool caused the creation of fine grains and recrystallization found in the stir zone and other areas, which is due to the heat produced due to friction and severe material change in shape. The obtained results show that at high aluminum and low copper, the yield strength and ultimate tensile strength reach their highest value, of 142 MPa and 188 MPa respectively.

    Keywords: Friction stir spot welding, Welding Parameters, AA6061-T6, copper, Mechanical properties
  • Arash Ghasemi, Seyed Mahdi Abbasi *, Maryam Morakabati, Adly Akhondzadeh Pages 65-76

    Grain refinement through dynamic recrystallization is one way to improve the mechanical properties of high nitrogen austenitic stainless-steel ingots during hot rolling. In this paper, by using simulation based on the finite element method and experimental results, the effect of conventional rolling and gradient temperature rolling on the microstructural evolution of Nitronic 50 austenitic stainless-steel ingot during hot rolling is investigated. The results of simulations showed that strain in the center of the ingot be increased under a gradient temperature, while the maximum strain value in the conventional rolling is on the surface. The microstructural results obtained from optical microscopy for gradient temperature rolling showed strain value in the center is more than the surface. The temperature difference between the center and the surface leads to a significant reduction in the strength center of the ingot against the surface. The difference in average grain size of dynamic recrystallized for gradient temperature in the surface and center was less than 3μm. The existence of primary grains (68μm average grain size) and bulged grain boundaries in the center of ingot and refinement and small grains in the surface area (8.5μm) in conventional rolling (1000℃) showed that dynamic recrystallization, due to low effective strain and temperature, has not occurred in the center of the ingot. The almost uniform distribution of austenite grains in the direction of ingot thickness for gradient temperature rolling showed that this method is an appropriate method for hot rolling of austenitic steel ingots compared to conventional conditions.

    Keywords: Simulation, Gradient temperature rolling, Microstructural evolution, Stainless Steels