فهرست مطالب

Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering - Volume:3 Issue: 1, 2010

Journal of Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering
Volume:3 Issue: 1, 2010

  • تاریخ انتشار: 1389/06/20
  • تعداد عناوین: 8
|
  • محمد طهرانی، حمیدرضا ایپک چی صفحات 1-10
    در این مقاله پاسخ دینامیکی یک تیر ویسکوالاستیک تحت بار پیوسته متحرک مورد مطالعه قرار گرفته است. فرض شده که ماده سازنده تیر از مدل ویسکوالاستیک استاندارد خطی در برش پیروی کرده و در فشار (بالک) تراکم ناپذیر است. تنش ها به مولفه های برشی و اتساع تفکیک شده اند. سپس معادلات حاکم در حالت ویسکوالاستیک به روش مستقیم استخراج شده اند و با استفاده از روش بسط توابع ویژه حل شده اند. بر اساس ضرایب بی بعد معرفی شده یک مطالعه پارامتری انجام شده و اثر سرعت بار و خواص ویسکوالاستیک بر پاسخ بررسی شده است. مطالعات نشان می دهد که بیشترین میرایی در حالتی به دست می آید که زمان اولین تناوب تیر برابر زمان رهایش برابر باشد.
    کلیدواژگان: تیر ویسکوالاستیک، بار متحرک، حل ریاضی، مدل استاندارد خطی
  • امیر خورسندی، محسن لوح موسوی صفحات 11-20
    در این مقاله، فرایند هیدروفرمینگ لوله خمیده در قالب T شکل به روش اجزای محدود شبیه سازی شده و در مسیر فشار نوسانی و غیرنوسانی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین با استفاده از نمودارهای حد شکل‍دهی(FLD) و نمودارهای توزیع ضخامت، تاثیر فشار نوسانی بر شکل دهی لوله بررسی شده و نتایج با نمونه های تجربی هیدروفرمینگ لوله های مستقیم مقایسه شده است. نشان داده شده برای لوله هایی باشعاع خم درحدود اندازه قطر لوله، بهبود شکل‍پذیری در مسیر فشار خطی، بالاتر از فشار نوسانی است و توزیع ضخامت یکنواخت در قسمت برآمده لوله را به همراه دارد. در عوض درشعاع خم بالاتر از قطر لوله، فشار نوسانی باعث بهبود پرشدگی گوشه های قالب می شود. از نتایج این تحقیق آن است که فشار نوسانی در همه حالات هیدروفرمینگ لوله های خمیده موثر نیست و فشار خطی می تواند به بهبود شکل دهی بالاتری منجر شود.
    کلیدواژگان: هیدروفرمینگ، لوله خمیده، روش اجزای محدود، فشار نوسانی، شکلپذیری
  • محمد امین احمدفرد، محمد جواد کاظم زاده پارسی، علیرضا تهور صفحات 21-30
    در مسائل تشخیص شکل که جزء مسائل معکوس هندسی دسته بندی می شوند فرض می شود که قسمت هایی از دامنه مسئله در دسترس نبوده و نمی توان شکل و ابعاد هندسی چنین قسمت هایی را به طور مستقیم اندازه گیری نمود. هدف این است که با انجام اندازه گیری دما روی سطوح قابل دسترس، شکل هندسی قسمت های دور از دسترس را تخمین زد. از روش شبکه عصبی مصنوعی برای حل مسئله انتقال حرارت معکوس و تشخیص شکل و مکان حفره به صورت غیر مخرب استفاده شده است به این صورت که با آموزش شبکه عصبی با استفاده از روش اجزا محدود، رفتار انتقال حرارت هدایت جسم بر اساس مکان و اندازه دو بعدی حفره مدل سازی شده سپس از این مدل برای تخمین مکان و اندازه حفره مخفی درون جسم در شرایط جدید استفاده شده است. با مقایسه نتایج شبکه عصبی با مقادیر واقعی نتیجه می شود که روش مورد مطالعه از دقت بالایی برخوردار است.
    کلیدواژگان: تشخیص شکل، انتقال حرارت معکوس، شبکه عصبی، روش اجزا محدود
  • امیر هوشمندپور، عبدالمحمد رضاوند، مهدی نظری مرویان صفحات 31-40
    هدف این تحقیق، بررسی استحکام کششی و چقرمگی شکست قطعاتی از جنس پلی اتیلن چگالی بالا است که در دما، فشار و زمان های مختلف و با روش جوشکاری صفحه داغ به یکدیگر جوشکاری شده اند. نمونه های استاندارد طبق استاندارد به کمک دستگاه برش لیزر از نمونه های جوش داده شده جدا شده اند و نمودار تنش- کرنش توسط دستگاه کشش تهیه شده است. حداکثر استحکام کششی و چقرمگی شکست از نمودارهای حاصل استخراج شده اند. نتایج نشان می دهد که استحکام کششی قطعات جوشکاری شده کمتر و چقرمگی شکست آنها بیشتر از قطعات جوشکاری نشده است. همچنین با افزایش زمان و دمای نگهداری، استحکام کششی و چقرمگی شکست بیشتر شده است ولی افزایش فشار باعث خروج ماده ذوب شده پرکننده بین درزجوش دو قطعه و ریزش ماده نرم شده در لبه های قطعه شده است که موجب کاهش استحکام کششی و چقرمگی شکست درز جوش می شود.
    کلیدواژگان: جوشکاری صفحه داغ ترموپلاستیک، پلی اتیلن چگالی بالا، استحکام کششی، چقرمگی شکست
  • احمد افسری، امیرحسین زارعی صفحات 41-46
    هدف از این پژوهش بررسی تاثیر محلول نانوپودر در آب صابون برای خنک کاری قطعات تولیدی در ماشین فرز و مقایسه آن با سیالات خنک کاری متداول است. یکی از مهمترین عوامل در عملیات ماشینکاری که باعث کاهش عمر ابزار و تخریب کیفیت سطح می شود دما و انتقال حرارت است. برای رفع این مشکل از سیال خنک ساز و روانکار استفاده می شود. ضریب هدایت حرارتی سیالات معمولی در عملیات ماشینکاری زیاد نیست و برای افزایش ضریب هدایت حرارتی و همچنین بهبود خنک کاری از موادی با اندازه نانو در سیال خنک کننده استفاده شده است. این امر باعث افزایش سرعت و کاهش زمان ماشینکاری شد و کیفیت سطح قطعه را بهبود بخشید. در این تحقیق از نانوسیال آب صابون که از اضافه کردن نانو ذرات مس با خلوص 99 درصد با نام تجاریOHFC به دست آمده است، برای عملیات ماشینکاری استفاده شده است. در این آزمایش سه عامل سرعت دورانی، سرعت پیشروی و عمق براده برداری در سه حالت خشک، آب صابون معمولی و نانوسیال، به عنوان متغیرهای آزمایش در نظر گرفته شده است و در نهایت دمای کاری و کیفیت سطح مورد بررسی قرار گرفته است. مقایسه نتایج به دست آمده از آزمایشها در حالتهای مختلف نشانگر افزایش نرخ انتقال حرارت و بهبود کیفیت سطح در اثر استفاده از نانوسیال است. این پدیده ها عمر ابزار و بازده را افزایش می دهد.
    کلیدواژگان: نانو سیال مس، سیال خنک کننده، کیفیت سطح، فرایند فرزکاری، عمر ابزار
  • محسن اشرفی، وحید پورغریب شاهی صفحات 47-58
    در این تحقیق با استفاده از روش های تحلیلی و عددی موجود، فرایند نورد چهار غلتکی در تولید استوانه های جدار نازک و ضخیم مورد بررسی قرار گرفته است. به همین منظور ابتدا با استفاده از روابط تحلیلی حاکم بر تغییر شکل ورق و با در نظر گرفتن دو حالت تغییر شکل الاستیک و الاستوپلاستیک ورق، گشتاور خمشی لازم برای انجام فرایند و شعاع خمش ورق پس از برگشت فنری محاسبه شده است. در ادامه با استفاده از روش اجزا محدود، نورد چهار غلتکی ورق آلومینیومی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از شبیه سازی ها نشان می دهند که کرنش های به وجود آمده در ورق از حد بحرانی کمتر بوده و بنابراین ورق در حین فرایند دچار آسیب نخواهد شد. همچنین شعاع خمش ورق پس از برگشت فنری در طول ورق محاسبه و با مقدار تحلیلی آن مقایسه شد. در نهایت و به منظور صحه گذاری بر نتایج تحلیلی و عددی به دست آمده در این تحقیق، فرایند نورد چهار غلتکی بر روی نمونه هایی از ورق آلومینیومی انجام گرفت و خروجی حاصله با نتایج تحلیلی و شبیه سازی مقایسه شد. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهند که هر دو روش تحلیلی و عددی ابزاری مناسب برای پیش بینی رفتار ورق در حین فرایند نورد چهار غلتکی می باشند.
    کلیدواژگان: نورد چهار غلتکی، خمش پلاستیک ورق، برگشت فنری، شعاع خمش
  • حسن نحوی، مهدی حسن زاده صفحات 59-70
    در این مقاله طراحی بهینه شکل قالب اکستروژن به منظور کنترل نرخ کرنش و نرخ مصرف انرژی مورد مطالعه قرارگرفته‫ است. ناحیه پلاستیک به روش اجزا محدود و در دستگاه اویلری و با فرمول بندی شارش تحلیل شده است و شکل منحنی قالب با استفاده از منحنی های بزییر با 6 نقطه کنترل تولید شده است. به منظور به دست آوردن شکل بهینه قالب از روش بهینه سازی غیر گرادیانی نلدر-‫ مد استفاده شده و برای به دست آوردن نرخ کرنش همگن، انحراف معیار نرخ کرنش کمینه شده است. از ترکیب روش عددی اجزا محدود و روش بهینه سازی نلدر- مد شکل بهینه قالب به دست آمده و کانتور های کرنش موثر در قالب بهینه با کانتور های مربوط به قالب غیر بهینه مخروطی مقایسه شده است. پروفیل های به دست آمده از حل با نرخ کرنش ثابت با نتایج حل تحلیلی مقایسه شده اند که هم خوانی خوبی مشاهده شده است. نتایج نشان دهنده همگن تر بودن نرخ کرنش و کاهش مقدار آن در قالب بهینه است. همچنین، تاثیر فاکتور اصطکاک بر نرخ مصرف انرژی بررسی شده است. نتایج نشان می دهد شکل قالب حساسیت زیادی به فاکتور اصطکاک دارد.
    کلیدواژگان: اکستروژن، روش المان محدود، بهینه سازی، منحنی بزییر، نرخ کرنش ثابت
  • مهدی ظهور، حسین شاهوردی، امین تفکری صفحات 71-80
    در این مقاله، در طراحی فرایند فورجینگ با قالبهای بسته غیر دقیق برای قطعات متقارن محوری، سه پارامتر نسبت عرض به ضخامت پلیسه، نسبت ارتفاع به قطر قطعه کار (بیلت) و فاکتور اصطکاک، با روش اجزا محدود مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین دو عامل مهم در فرایند فورج شامل نیروی لازم برای فورج و مقدار پرشدن فضای داخلی قالب بررسی گردید. با کنترل ابعاد پلیسه، امکان کاهش مقدار دور ریز مواد مصرفی و افزایش درصد پرشدن قالب ایجاد می شود. برای اعتبار سنجی نتایج این کار تحقیقاتی، مقدار نیروی به دست آمده از روش اجزا محدود با مقدار نیروی کار تجربی مقایسه شده است. برای هماهنگ کردن و ارتباط دادن بین پارامترهای مذکور و به دست آوردن تابع عملکرد، شبکه عصبی دولایه بکار گرفته شده است. با به کارگیری تابع به دست آمده از شبکه عصبی و استفاده از الگوریتم ژنتیک، فاکتور اصطکاک و ابعاد پلیسه و قطعه کار برای کاهش مقدار نیرو و افزایش درصد پر شدن قالب به دست آمد. سپس، این مقادیر با نتایج کار تجربی مرجع دیگر، مقایسه شده است. الگوریتم ژنتیک تخمین قابل قبولی برای پارامترهای موثر در فرایند فورج ارائه کرد، به طوری که تطابق و نزدیکی خوبی بین نتایج این الگوریتم و روش تجربی وجود دارد.
    کلیدواژگان: ابعاد پلیسه و قطعه کار، اصطکاک، فورج، قالب بسته، روش المان محدود، شبکه عصبی، الگوریتم ژنتیک
|
  • Mohammad Tehrani, H.R. Eipakchi Pages 1-10
    In this paper, the dynamic response of a viscoelastic beam subjected to a moving distributed load has been studied. The viscoelastic properties of the beam have been considered as linear standard model in shear and incompressible in bulk. The stress components have been separated to the shear and dilatation components and as a result the governing equations in viscoelastic form has been obtained using direct method. These equations have been solved by the eigenfunction expansion method. In this research, according to the introduced dimensionless coefficients, a parametric study has been presented and the effects of the load velocity and viscoelastic materials have been investigated. The obtained results show the maximum decay corresponds to the cases that the first natural period equals totimes that the relaxation time.
    Keywords: Viscoelastic beam, Moving load, Mathematical analysis, Linear standard model
  • Amir Khorsandi, Mohsen Loh, Mousavi Pages 11-20
    In this paper, hydroforming process of bent tubes in T-shaped die is studied for pulsating and linear pressure paths by the finite element method. Forming Limit Diagrams (FLDs) and thickness distribution curves are used to investigate the effect of pulsating pressure on hydroforming process. In addition, the obtained numerical results are compared with experimental results of hydroforming of straight tubes with T-shape protrusions. Itis shown that for tubes with similar bend radius and diameter of bent tube, the formability increases by linear pressure which means pulsating pressure is not so effective. But in the bent tubes whith bend radius larger than tube diameter, pulsating pressure improves formability in hydroforming process. Also, it is found that in hydroforming the pulsating pressure can not increase formability in any bent tube case. In some cases the linear pressure path is more effective for formability.
    Keywords: Hydroforming, Bent tube, Finite Element Method, pulsating pressure, Formability
  • Mohammad Amin Ahmadfard, Mohammad Javad Kazemzadeh, Parsi, Ali Reza Tahavvor Pages 21-30
    In geometric inverse problems, it is assumed that some parts of domain boundaries are not accessible and geometric shape and dimensions of these parts cannot be measured directly. The aim of inverse geometry problems is to approximate the unknown boundary shape by conducting some experimental measurements on accessible surfaces. In the present paper, the artificial neural network is used to solve these kinds of problems in conduction heat transfer in 2D objects. In order to train the neural network, some direct problems are solved by using the finite element method. In order to evaluate the applicability of the proposed method, different cases with different number of measuring points and different error levels are examined. The results show that the ANN can effectively be used in solving inverse geometry problems in heat conduction.
    Keywords: Shape identification, Inverse heat transfer, Neural Network, Finite Element Method
  • Amir Hooshmandpoor, Abdol Mohammad Rezavand, Mehdi Nazari Marveyan Pages 31-40
    Integral production of the thermoplastic parts with complicated geometric shapes by the processes such as injection molding and extrusion is not economical. It is better to divide the final shape into more simple parts and after production join them by an appropriate welding process. This research aims to study the tensile strength and toughness energy of high- density polyethylene parts which have been welded in different temperatures, pressures and times using hot plate method. The standard samples are separated from the welded samples by using the laser cutting device according to the tension standard ASTM D638-1 and then tested by the tension device. The results show that the tensile strength of welded parts is less than, and the toughness energy is more than not welded parts. Also, the tensile strength and the toughness energy increase with increasing the time and maintenance temperature. However, increasing the pressure causes the molten material between the two parts come out and overflow into the part edges. This results in decreasing the tensile strength and the toughness energy of the weld line.
    Keywords: Hot plate welding, Thermoplastics, High, density polyethylene, Tensile strength, Toughness energy
  • Ahmad Afsari, Amirhossein Zarei Pages 41-46
    The aim of this research work is to evaluate the effects of coolant including nano- powder material for the cooling purpose in milling process and comparing the results with the conventional coolant. Generation heat and weak heat transfer reduces the tool life and also deteriorate surface roughness during milling operation. To overcome this problem, it is necessary to use coolant for cooling as well as lubrication purposes. Due to limited heat removal rate from the work piece through the conventional coolant, some nano powder material is added to coolant, to improve the heat transfer coefficient. The added nano powder also increases machinability, decreases production time and improve surface roughness. In this paper nano fluid of copper with 99 percent purity added to Z1 coolant for machining of St37 work piece in milling machine. In this research, some factors such as rotational speed, feed and depth of cut in the three states of machining, with different coolant including Z1 and nano fluid and dry condition were investigated and finally temperature of machined work piece and its surface quality were evaluated. By comparing the obtained results it is evident that the heat removal rate and surface quality in the case of nano fluid are improved and furthermore the tool life as well as machining efficiency increases.
    Keywords: Copper nanofluid, Coolant fluid, Surface finish, Milling process, Tool life
  • M. Ashrafi, V. Poorgharibshahi Pages 47-58
    Four-roll bending process is usually used for manufacturing of seamed thick-walled and thin-walled cylinders. Due to complexity of this process, the analytical solution of plate bending in this process has not been developed completely. The existence of friction and multi-step processing makes it more difficult. Investigation of four-roll bending process using analytical and numerical methods is the main aim of current research. At first, using plate deformation theories, an analytical solution for four-roll bending process is extracted. By decomposing the deformation to elastic and elasto-plastic, the required bending moment is calculated. Considering the distribution of bending moment along the plate, the radius of bending is calculated considering spring back effects. The four-roll bending process is simulated by the finite element method. The simulation results show that the level of strain is less than the critical value and hence there are no damaged parts in the plate during process. Besides, bending radius of the plate after spring back is calculated and compared with the analytical values. Finally, for validation of analytical and numerical results, some experiments were conducted on aluminum. Results of this research show that both analytical and numerical methods are proper techniques for predicting plate behavior during four-roll bending.
    Keywords: Four, roll bending, Plastic deformation of plates, Spring back, Bending radius
  • Hassan Nahvi, Mahdi Hassanzadeh Pages 59-70
    In this research, optimization process of axisymmetric extrusion dies is proposed. Plastic zone is analyzed using finite element method in the Eulerian system with flow formulation. The die profiles are defined by Bezier curves with six control points. Two effective functions are considered in this research; standard deviation of the strain rate and the rate of energy consumption during extrusion process. A coupled numerical approach of finite element analysis in Eulerian system and the
    non-gradient Nelder-Mead method is utilized to determine optimum die profiles. Results show that optimized die has higher uniformity in strain rate distribution and less strain values with respect to the non-optimum conical die. In the case of minimizing energy consumption rate, results show that for the die with constant and variable lengths and low friction, the die profile tends to the stream line. In die with variable length and high friction, friction has more effective role in optimization and the die length tends towards lower lengths during optimization.
    Keywords: Extrusion, Finite Element Method, Optimization, Bezier curves, Constant strain rate
  • Mehdi Zohoor, Hossein Shahverdi, Amin Tafakori Pages 71-80
    Three important parameters in designing a closed die for forging process are ratio of width to flash thickness, ratio of height to billet diameter and the friction factor. In this paper the influences of these parameters on the required force for the forging and percentage of die filling were investigated. It was found that by controlling the flash dimension, the material loss is reduced and the percentage of die filling is increased. Also, an experimental model was simulated and analyzed by finite element method. To validate the numerical results obtained by this research, value of gained force from finite element method was compared with the obtained experimental results. In order to coordinate and connect between the mentioned parameters and obtain a performance function, a two layer neural network was used. Finally, by using neural network and genetic algorithm, the optimum sets of parameters which minimized the force and maximized the percentage of die filling were found. These values were compared with the experimental results of other researchers. The genetic algorithm has good correlation with the experimental method as well as it has presented acceptable estimation for effective parameters in the forging process.
    Keywords: Forging, Billet, Flash, Closed die, FEM method, Neural Network, Genetic algorithm