فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال پنجاه و یکم شماره 5 (آذر و دی 1398)
  • سال پنجاه و یکم شماره 5 (آذر و دی 1398)
  • تاریخ انتشار: 1398/09/19
  • تعداد عناوین: 18
|
  • محمد شجاعیفرد، مصطفی باغانی*، حمید شهسواری، روزبه اقبالپور صفحات 1-10
    با توجه به وابستگی پاسخ پلیمرها به نرخ و زمان، در شرایط اعمال بارگذاری خارجی، پیچیدگی بسیاری جهت پیش بینی پاسخ مکانیکی این مواد به وجود آمده است. از این رو، جهت مطالعه رفتار مکانیکی این مواد در حین اعمال بارگذاری، یک مدل سازگار ترمودینامیکی ویسکوالاستیک-ویسکوپلاستیک-ویسکوآسیب برای پیش بینی پاسخ مکانیکی این مواد درنظر گرفته شده است. بدین منظور این مدل ساختاری را به صورت صریح گسسته سازی زمانی کرده تا در قالب سابروتین مادی در نرم افزار اجزای محدود آباکوس بکارگرفته شود، این روش به دلیل دقت و زمان حل مناسب و عدم نیاز به ماتریس شیب و محاسبات پیچیده ی آن در هر گام زمانی بسیار ارزشمند است. پس از صحت سنجی کد سابروتین به وسیله ی نتایج آزمایشگاهی، به بررسی حساسیت رفتار مکانیکی پلیمر نسبت به خواص مکانیکی از جمله خواص ویسکوالاستیک، ویسکوپلاستیک و ویسکوآسیب آن پرداخته شده است. در ادامه، همچنین تاثیر مستقیم زمان بارگذاری و سطح تنش اعمالی و رابطه معکوس زمان باربرداری بر افزایش متغیر آسیب و کرنش بوجود آمده در این بستر در دو نوع بارگذاری خزش بازیابی چرخه ای افزایشی و ثابت مشاهده شده است. به طور مثال، دو برابر کردن تعداد سیکل افزایش دامنه از 50 تا 100، موجب افزایش عمر و کاهش حدود 75 درصدی میزان آسیب می گردد.
    کلیدواژگان: ویسکوالاستیک، ویسکوپلاستیک، ویسکوآسیب، شبیه سازی اجزای محدود، گسسته سازی صریح
  • مهدی گنجیانی*، هادی مهدی پور صفحات 11-20
    در پژوهش حاضر، برای تحلیل رفتار پلیمرهای نیمه بلوری، با استفاده از دیدگاه مکانیک آسیب محیط پیوسته، یک مدل مکانیکی ارائه شده است. در این مدل، یک نقطه مادی از پلیمر نیمه بلوری به صورت مجموعی از توده ها، شامل دو فاز بلوری و بی شکل و صفحه ی مرزی فازها درنظر گرفته شده و معادلات اساسی هر یک از فازها تشریح شده است. سپس الگوریتمی عددی برای حل معادلات اساسی هر فاز به صورت مرحله به مرحله ارائه شده است. همچنین با استفاده از میانگین گیری حجمی، رفتار کلی ماده برحسب رفتار هرکدام از فازها مشخص گردیده است. به دلیل در دسترس بودن پارامترهای مادی برای پلی اتیلن، رفتار این ماده مورد تحلیل قرار گرفته است. نتایج عددی بدست آمده با نتایج مدل ها و آزمایشات قبلی مقایسه شده است، پس از تایید اعتبار مدل ارائه شده، تاثیر پارامترهای نرخ آسیب فاز بلوری، پارامتر رهایی، نرخ آسیب فاز بی شکل، آسیب اشباع، مدول برشی لاستیکی و مقاومت فاز بی شکل بر رفتار پلی اتیلن مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: مکانیک آسیب محیط پیوسته، پلیمر نیمه بلوری، الگوریتم عددی، پلی اتیلن
  • محمد ریاحی*، سید مصطفی مطلوبی، سید میلاد حسین نژاد صفحات 21-30
    تکنیک نشر آوایی ، یکی از روش های نوین در زمینه آزمون های غیر مخرب می باشد که قابلیت بررسی رشد ترک در قطعات فلزی را داشته و برای به کارگیری بر روی سازه هایی نظیر پل جهت بررسی و ضعیت اعضای آن مناسب می باشد و اطلاعات این آزمون می تواند برای برنامه ریزی زمان بندی نگهداری سازه پل به کار رود. در راستای پژوهش های تجربی، نمونه هایی از جنس فولاد سازه ای St52 به صورت نمونه های CT تحت بارگذاری خستگی محوری به منظور بررسی رشد ترک به همراه فیکسچر مورد نیاز نیز تهیه شد. سپس با کمک نتایج حاصل از آزمون های تجربی ارتباط بین پارامترهای نشر آوایی از جمله نرخ انرژی و نرخ شمارش، رشد ترک و عمر خستگی مورد بررسی قرار گرفته است. سپس با استفاده از نتایج استخراج شده از آزمون نشر آوایی و خستگی و با استفاده از تحلیل رگرسیون حداقل مربعات، مقادیر ثابت آن ها محاسبه شده و نهایتا طول ترک اندازه گیری شده و نتایج آن ارائه گردیده است.
    کلیدواژگان: پل فلزی، عمرخستگی، آکوستیک امیشن، پایش سلامت سازه، رشد ترک
  • ابوالفضل فروغی نژاد*، مرتضی طاهری، نادر ملایی، مهدی شیوا صفحات 31-40

    آزمون های غیرمخرب، از قابلیت شناسایی عیوب و بررسی خواص قطعه بدون تغییر خواص قطعه، برخوردار می باشند. آزمون غیرمخرب فراصوتی در پژوهش های بسیاری برای مطالعه ویژگی های مختلف مواد از قبیل خواص مکانیکی و ساختاری، مورد استفاده قرار گرفته است. از سرعت انتشار امواج فراصوتی به شکل گسترده ای در اندازه گیری سختی فلزات استفاده می شود. در پژوهش حاضر برای اولین بار از روش غیرمخرب آزمون فراصوتی برای بررسی سختی لاستیک استفاده شده و مدل‏سازی توسط رگرسیون فرایند گوسی انجام شده است. به این منظور 87 نمونه آمیزه با فرمول‏بندی متفاوت تهیه و در دو دمای متفاوت پخت گردیدند. پس از فرآیند پخت خواص سختی و سرعت امواج فراصوتی طولی درون آمیزه اندازه‎‏گیری گردید. نتایج مدل‏سازی انجام شده توسط رگرسیون فرآیند گاوسی نشان دادند که مدل ایجاد شده به شکل موفقیت آمیزی قادر به پیش‏بینی سختی در لاستیک است. همچنین نتایج با وجود بررسی تکرارپذیری به وجود ارتباط بین سختی و سرعت امواج فراصوتی گواه است و امکان جایگزینی روش ارائه شده برای اندازه‏گیری پارامتر سختی وجود دارد.مزیت دیگر روش پیشنهادی زمان کوتاه انجام آزمون و عدم نیاز به جداسازی نمونه در خطوط تولید لاستیک است که باعث می شود بتوان از آن به شکل برخط در خطوط تولید تایر استفاده نمود.

    کلیدواژگان: سرعت انتشار امواج فراصوتی، سختی، آمیزه لاستیکی، رگرسیون فرآیند گاوسی
  • سعید امینی*، محسن آقایی صفحات 41-50
    در استفاده از فلزات با توجه به پیشرفت های صنعتی صورت گرفته و اعمال بارهای دینامیکی بیشتر، نیاز به توجه به مسئله خستگی که به طور تقریبی 90 درصد از شکست اجزای فلزی را شامل می شود امری ضروری می باشد. برخی از نمونه های چنین شکست هایی در هواپیما، خودرو، قطارهای سرعت بالا و توربین ها یافت می شود و همین امر سبب می شود تا در طراحی های صنعتی توجه ویژه ای به مسئله خستگی صورت گیرد. در دو دهه اخیر شاخه جدیدی در عمر خستگی به نام خستگی در چرخه خیلی زیاد (VHCF) مورد توجه محققان قرار گرفته است که دسترسی به این تعداد چرخه (107 به بالا) در عمل با استفاده از دستگاه های آزمایش امروزی به دلیل فرکانس پایین، زمان بر و در نتیجه پر هزینه می باشد و در نتیجه در گذشته مورد توجه نبوده است. از طرفی برای بسیاری از مواد شکست خستگی پس از 107 چرخه ی بارگذاری، یعنی در محدوده چرخه خیلی زیاد گزارش شده است. بررسی خواص خستگی در چرخه خیلی زیاد مسئله ای قابل توجه برای حصول اطمینان از عمر بلند مدت و قابل اطمینان ماشین آلات و اجزای ساختاری با توجه به مطالبات رو به رشد صنعتی می باشد. برای دستیابی به این تعداد چرخه از دستگاه آزمایش خستگی با روش فراصوتی با فرکانس کاری در حدود 20000 هرتز استفاده می شود که با توجه به فرکانس کاری بالا، کاهش زمان و دستیابی به چرخه های بالا از جمله هدف های استفاده از این دستگاه است و می توان از آن به منظور مطالعه خواص خستگی در سیکل های خیلی زیاد استفاده کرد. در این پژوهش پس از بیان تئوری فرایند، شرح اجزای دستگاه و انجام طراحی های صورت گرفته در مورد مبدل ارتعاشاتی و نمونه تست خستگی، دستگاه آزمایش خستگی با روش فراصوتی در فرکانس کاری در حدود 20 کیلو هرتز در آزمایشگاه ساخته شده و سپس رفتار خستگی فولاد AISI 1045 با استفاده از این دستگاه مورد مطالعه قرار می گیرد و نمودار تنش-عمر برای این فولاد تا سیکل 108 بدست می آید. نتایج حاکی از آن است که عمر خستگی فولاد مورد نظر تا 204 مگاپاسکال کاهش یافته است. در نهایت روند شکست در یک نمونه با توجه به سطح شکست شرح داده شده است.
    کلیدواژگان: خستگی، چرخه بسیار بالا، پیزوالکتریک، مافوق صوت، فولاد AISI 1045
  • یونس محمدی*، حامد قاسمی، مرتضی اسدی صفحات 51-60
    نسبت استحکام به وزن بالا در کامپوزیت های زمینه پلیمری تقویت شده با الیاف سبب شده است که در بسیاری از سازه ها و قطعات مورد توجه واقع شود. در این مقاله به تحلیل تجربی و عددی چهار استوانه کامپوزیتی تحت ضربه با سرعت پایین پرداخته شده است. ساختار این لوله ها به صورت فقط کربن، فقط کولار، کولار- خارج/ کربن- داخل و کربن- خارج/ کولار- داخل می باشد. در تست آزمایشگاهی از دستگاه ضربه ی سقوط آزاد با یک ضربه زننده کروی فولادی جهت اعمال ضربه بدون سرعت اولیه به نمونه ها استفاده شده است. در بخش عددی جهت بررسی رفتار ضربه از روش مدلسازی اجزاء محدود در نرم افزار آباکوس استفاده شده است. در پژوهش حاضر انواع روش های مدلسازی ، فرایند مش بندی و انوع المان ها مانند پوسته معمولی، پوسته پیوسته و المان های جامد در نرم افزار مورد بحث قرار گرفته است. همچنین ضربه زننده همانند یک قطعه صلب و استوانه های کامپوزیتی به صورت المان پوسته معمولی مدل سازی شده است. در تحقیق حاضر نیروی تماس، مدت زمان تماس و جابجایی نمونه ها مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به نتایج می توان دید که الیاف کولار قابلیت جذب انرژی بیشتری را نسبت به الیاف کربن داشته و استوانه فقط کربنی بیشترین نیروی تماسی و کمترین جابجایی را در مقایسه با سایر نمونه ها دارد. برای صحت سنجی، نتایج تجربی با نتایج به دست آمده در آباکوس مطابقت داده شده است که تطابق بسیار نزدیکی بین دو نتیجه وجود دارد.
    کلیدواژگان: ضربه سرعت پایین، استوانه ی کامپوزیتی، الیاف کربن، الیاف کولار، مدل سازی اجزاء محدود
  • علی رخشنده، محمد علی میرزایی خلیل آبادی* صفحات 61-70
    نورد تجمعی یکی از روش های تغییر شکل پلاستیک شدید است که برای ساخت کامپوزیت آلومینیم/برنج ریزدانه توسط نویسندگان این مقاله بررسی شده است. در تحقیق حاضر کامپوزیت زمینه آلومینیومی با برنج توسط فرآیند اتصال نوردی تجمعی در دمای اتاق، بدون عملیات حرارتی بین سیکلی تقویت شده است. استحکام کششی و سختی کامپوزیت در سیکل اول فرآیند افزایش چشمگیری پیدا می کند. در سیکل های بعدی این فرآیند خواص مکانیکی تغییر چندانی نمی کند. بعد از هفت سیکل انجام فرآیند استحکام کششی و سختی کامپوزیت نسیت به نمونه اولیه آلومینیوم به ترتیب 46 و 85 درصد افزایش یافت. همچنین ازیاد طول تا سیکل دوم کاهش شدید داشته و در سیکل های بعدی مقدار کمی افزایش می یابد. این تغییرات در خواص مکانیکی در طول فرآیند نورد تجمعی به دلیل کرنش سختی و مکانیزم کارسرد در سیکل های ابتدایی و ریزشدن دانه ها در سیکل های پایانی این فرآیند می باشد. نتایج ریزساختار کامپوزیت نشان می دهد که میانگین اندازه دانه های کامپوزیت تولید شده به مقدار 250 نانومتر رسیده و ذرات فلز برنج با افزایش تعداد سیکل فرآیند، توزیع یکنواخت تری پیدا می کند.
    کلیدواژگان: تغییر شکل پلاستیک شدید، فرآیند اتصال نورد تجمعی، کامپوزیت آلومینیوم، برنج، کامپوزیت فلزی
  • حامد مقصودلو، مهدی گردویی*، سیدهادی قادری صفحات 71-80
    در این پژوهش، پرس کاری گرم تیتانیوم خالص درجه 2 در کانال همسان زاویه دار یا ایکپ مورد مطالعه قرار گرفت. طراحی جدید قالب با زاویه کانال °90 مشکل جریان ناخواسته ی فلز بین دو کفه ی قالب، افزایش شدید نیرو و گیرکردن قطعه را برطرف کرده است. پس از سعی و خطا، مشخص شد بهترین مکانیزم روان کاری، استفاده هم زمان فویل مس و روان کار مولیبدن دی سولفاید است. در این شرایط عملیات ایکپ در دمای C°260 تا چهار مرحله با موفقیت انجام شد. بر روی نمونه های موفق، آزمون کشش اجرا و مشخص شد پس از چهار مرحله پرسکاری، استحکام کششی نهایی %57 افزایش و کاهش سطح مقطع تنها %14 افت داشته است. در نهایت با کم کردن دمای فرآیند و استفاده از سیستم روان کاری مناسب، استحکام کششی نهایی به 799 مگاپاسکال رسید که از مقادیر گزارش شده در پژوهش های مشابه بیشتر است. بررسی ریزساختار و رفتار شکست تیتانیوم ایکپ شده، به کمک تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام و نتایج نشان داد اندازه دانه نمونه از مقدار متوسط اولیه nm 18385 پس از 4 مرحله ایکپ به nm 729 رسید. همچنین تصاویر مقطع شکست پس از چهار مرحله ایکپ، ایجاد حفره های ریز، کم عمق و با توزیع یکنواخت را که نشان دهنده ی همگن شدن ساختار است، مشخص نمود.
    کلیدواژگان: ایکپ گرم، فشردن در کانال همسان زاویه دار، تیتانیوم خالص تجاری گرید 2، مواد فوق ریزدانه
  • احسان خسروجردی، محمد بخشی جویباری*، حمید گرجی، سید جمال حسینی پور، سید محمد حسین پور صفحات 81-90
    امروزه در صنایع مختلف، به ویژه در صنعت خودروسازی، به منظور کاستن از وزن قطعات و کاهش مصرف سوخت، استفاده از مواد سبکی مانند آلیاژهای آلومینیوم افزایش یافته است. این آلیاژها در دمای اتاق شکل پذیری پایینی دارند. برای رفع این مشکل، شکل دهی در دماهای بالا پیشنهاد شده است. در این مقاله، شکل پذیری ورق آلومینیومی 5052 تحت فرآیند کشش عمیق هیدرودینامیکی با فشار شعاعی در حالت گرم بررسی شده است. در ابتدا، پس از بررسی اثر پارامترهای هندسی بر روی توزیع ضخامت و نیروی سنبه، اثر دما، فشار سیال و سرعت سنبه بر روی توزیع ضخامت، نیروی سنبه و نسبت کشش حدی مورد بررسی قرار گرفت. هم چنین، بررسی اثر دمای شکل دهی و سرعت سنبه بر کمترین ضخامت قطعه کار با روش تاگوچی انجام شد. بر اساس نتایج بدست آمده، دمای بالاتر در حالت های گرم همدما و غیر همدما به ترتیب موجب کاهش و افزایش ضخامت قطعه کار می گردد درحالیکه سرعت سنبه بالاتر در هر دو حالت به بهبود ضخامت قطعه کار کمک می کند. مشخص شد که نسبت کشش حدی با افزایش دما در حالت غیر هم دما و با کاهش دما در حالت هم دما افزایش می یابد. بعلاوه، افزایش فشار سیال منجر به نسبت کشش حدی بالاتر می شود.
    کلیدواژگان: شکل دهی گرم، هیدروفرمینگ، پارامترهای هندسی، نسبت کشش حدی، روش تاگوچی
  • امیر حسین دائی سرخابی*، غلامحسین امجدی صفحات 91-100
    با توجه به کاربرد گسترده پلی آمیدها در صنایع مختلف و لزوم دست یافتن به مقاومت بالا در مقابل خراش های سطحی و زبری سطح مطلوب، در این مقاله، به مطالعه زبری سطح و مقاومت خراش سطحی، نمونه های نانوکامپوزیت پلی آمید6 تقویت شده با نانوذرات کربنات کلسیم و PA-g-MAH به عنوان ماده سازگار کننده، پرداخته شده است. در این راستا، اجزای نمونه های نانو کامپوزیتی با قسمت های وزنی مختلف نانوذرات کربنات کلسیم با دستگاه اکسترودر دو پیچه مخلوط گردیده و با روش قالب گیری تزریقی اقدام به آماده سازی نمونه ها شده است. برای انجام آزمون خراش از دستگاه نانو سختی سنج کوپل شده به میکروسکوپ نیروی اتمی که دارای ابزار آزمون نانومکانیکی مجهز به یک نوع نوک فرورونده می باشد، استفاده شده است. بمنظور مطالعه زبری و مقاومت خراش سطحی نمونه ها تاثیر سه متغیر، نیروی عمودی خراش، قسمت وزنی فاز تقویت کننده و ماده سازگار کننده بررسی شده است. نتایج نشان می دهند که افزایش نیروی عمودی در کلیه نمونه ها باعث کاهش مقاومت خراش و افزایش ارتفاع نسبی وعمق خراش می شود. همچنین افزودن ذرات نانو کربنات کلسیم ، سبب افزایش زبری سطح و مقاومت خراش می شود.
    کلیدواژگان: نانو کامپوزیت، نانو ذرات کربنات کلسیم، زبری سطح، مقاومت خراش، پلی آمید 6
  • پروا حسینی*، نقدعلی چوپانی صفحات 101-110
    معمولا بروز شکست در پلیمرها بر اثر اعمال بارگذاری ترکیبی کششی - برشی به وقوع می پیوندد. آزمایش آرکان که در اصل برای مواد کامپوزیتی طراحی شده است، در سال های اخیر توسط بسیاری از محققان برای مواد همگن مورد استفاده قرار گرفت. در این پژوهش برای دستیابی به مقادیر بحرانی شکست، نمونه های آزمون به شکل پروانه ای از جنس پلیمر پلی متیل متاکریلات تهیه شد. آزمون نمونه ها در سه طول ترک مختلف و سه مود اول و مرکب و دوم خالص با تغییر زاویه بارگذاری بر پایه آزمایش آرکان و با استفاده از گیره اصلاح شده آرکان انجام گرفت. نمودار بار بحرانی بر حسب جابجایی بدست آمد. با استفاده از بار بحرانی حاصل از آزمون و ضرایب شدت تنش بی بعد استخراج شده از تحلیل المان محدود توسط نرم افزار آباکوس، چقرمگی شکست این پلیمر تعیین گردید. نتایج بیانگر این است که ماده پلیمری استفاده شده در این تحقیق در شرایط بارگذاری برشی دارای چقرمگی شکست بیشتری بوده و در بارگذاری کششی ضعیف تر است. آنالیز المان محدود با استفاده از خواص الاستیک پلیمر پلی متیل متاکریلات انجام پذیرفت.
    کلیدواژگان: ماده پلیمری PMMA، شکست، مود مرکب، گیره اصلاح شده آرکان، آباکوس
  • مهرداد خاندائی*، حمید عربی، محمد بیگ محمدی صفحات 111-120
    به منظور بالا بردن دقت نتایج شبیه سازی های عددی در مرحله طراحی قالب آهنگری و پیش-بینی نیروی مورد نیاز فرآیند، ضرورت دارد تا آزمون های اصطکاکی مناسبی جهت برآورد ضریب اصطکاک فرآیند انجام شوند. در این تحقیق، یک آزمون جدید به نام آزمون فشار قالب باز میله استوانه ای برای ارزیابی اصطکاک معرفی شده و منحنی های کالیبراسیون آن به دست می آیند. این آزمون به همراه آزمون فشار حلقه برای پیش بینی ضریب اصطکاک در فرآیند آهنگری هم دمای یک نمونه پره کمپرسور توربین گاز از جنس آلیاژ Ti-6Al-4V به کار می رود. ضریب اصطکاک حاصل از آزمون فشار حلقه برای ناحیه ریشه پره و ضریب اصطکاک حاصل از آزمون فشار میله برای ناحیه ایرفویل پره مورد استفاده قرار می گیرند. سپس فرآیند آهنگری پره مذکور با روش های عددی و تجربی مورد بررسی قرار گرفته است و مقایسه مقادیر به دست آمده برای حداکثر نیروی مورد نیاز فرآیند، انطباق قابل قبولی را نشان می دهد. نتایج به دست آمده نشان می دهند که آزمون فشار قالب باز میله استوانه ای روش قابل قبولی برای ارزیابی اصطکاک است. اختلاف بین مقادیر ضریب اصطکاک به دست آمده از دو روش مذکور، دقیقا وابستگی ضریب اصطکاک به حالت تغییرفرم قطعه کار را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: آهنگری هم دما، اصطکاک، آزمون فشار حلقه، آزمون فشار قالب باز میله استوانه ای، پره کمپرسور
  • داود منافی، داود اکبری* صفحات 121-130
    جوشکاری مقاومتی نقطه ای یکی از روش های اتصال ورق های فلزی می باشد. موقعیت و تعداد جوش ها روی عملکرد استحکام ورق های مونتاژی، هزینه و زمان تولید تاثیر بسزایی دارد. از این رو در این مقاله رویکردی برای طراحی موقعیت نقطه جوش ها ارائه شده. ترکیب اجزاء محدود و بهینه سازی ازدحام ذرات استفاده شده است. یک نقطه جوش روی ورق های مونتاژ شده ایجاد و تحت آزمون کشش قرار گرفته تا رفتار مکانیکی آن بدست آید. با استفاده از این رفتار، نقطه جوش در نرم افزار اجزاء محدود مدل سازی شده و نتایج با داده های تجربی سه نوع چیدمان متفاوت نقطه جوش ها (مقایسه و صحت مدل سازی مورد تایید قرار گرفته است. پس از صحت سنجی، از این مدل برای فرایند بهینه سازی استفاده شده بنحوی که موقعیت نقطه جوش ها از طریق الگوریتم ازدحام ذرات تعیین و از طریق روش اجزاء محدود عملکرد آن ارزیابی می شود. با استفاده از این روش مشاهده شده که با انتخاب صحیح موقعیت دو، سه و چهار نقطه جوش ها، به ترتیب نیرو شکست تا 9/1، 13/2 و 76/2 برابر نسبت به نیروی شکست تک جوش افزایش یافته است. انتخاب چهار نقطه در دایره ی به شعاع 04/18 میلی متر و زاویه یکی از محورهای تقارن با محور بارگذاری 89/65 درجه است، 2.76 برابر استحکام اتصال را افزایش می دهد.
    کلیدواژگان: جوشکاری مقاومتی نقطه ای، چیدمان نقطه جوش، مدل سازی، الگوریتم ازدحام ذرات
  • احمدرضا قاسمی*، محمد محمدی فشارکی صفحات 131-140

    در این تحقیق به تعیین انحناء ناشی از فرایند پخت در چند لایه های نامتقارن متعامد سه فازی پرداخته شده است و اثر نانولوله های کربنی بر میزان انحناء مطالعه شده است. اجزای تشکیل دهنده چند لایه شامل الیاف کربن، زمینه پلیمری و نانولوله های کربنی می باشد، که درصد حجمی نانولوله های به صورت متفاوت و برابر با 0%، 1%، 2% و 3% در نظر گرفته شده است. برای تعیین خواص تک لایه سه فازی از مدل های میکرومکانیک شامل هالپین تسای، بریجینگ و شپری استفاده شده است. آنگاه اثرات درصد حجمی نانولوله های کربنی روی این خواص مورد مطالعه قرار گرفته است. افزودن 1% حجمی نانولوله کربنی به تک لایه پلیمری تقویت شده با الیاف، موجب کاهش ضریب انبساط حرارتی طولی و عرضی و افزایش مدول در راستاهای مختلف شده است. برای مطالعه اثر نانولوله های کربنی بر انحناء ناشی فرایند پخت، از مدل توسعه یافته هایر استفاده شده است. اثرات نانولوله های کربنی بر میزان انحناء برای طول های مختلف و طول بحرانی چند لایه محاسبه و بیان شده است. اضافه کردن 1% حجمی نانولوله کربنی باعث کاهش افزایش طول بحرانی به مقدار9% و کاهش انحناء به مقدار 14% شده است. به علاوه، نتایج تحلیل المان محدود نیز خطایی کمتر از ده درصد با نتایج مدل تحلیلی نشان می دهد.

    کلیدواژگان: انحناء، چندلایه های نامتقارن، نانولوله کربنی، مدل هایر، مدل های میکرومکانیک
  • صدیقه قاسمی، محمد طاهر کمالی*، بابک شکرالهی زاده صفحات 141-150

    در این مطالعه، یک روش نیمه تحلیلی مبتنی بر فرمول بندی ترکیبی ریزنر جهت تحلیل الاستیک مواد جامد همگن ناهمسانگرد دارای ترک لبه و یا ترک داخلی ارائه شده است. میدان های جابه جایی و تنش به صورت مجموعی از یک تابع معلوم و یک سری توابع با ضرایب مجهول بیان میشوند. این توابع طوری انتخاب میشوند که تکینگی میدان تنش در نوک ترک و ناپیوستگی میدان جابه جایی در راستای عمود بر وجوه ترک برآورده شود. در این روش شرایط مرزی اساسی و طبیعی همگن و غیر همگن به طور دقیق ارضا می شوند و معادلات تعادل و سازگاری به فرم معادله تغییراتی رایزنر با دقت موردنظر قابل اعمال است. حل معادله تغییراتی منجر به یک دستگاه معادلات خطی بر حسب ضرایب مجهول میشود. با بدست آوردن ضرایب مجهول، توابع جابه جایی و تنش در جسم معلوم میشوند و حداکثر بازشدگی ترک و ضرایب شدت تنش محاسبه خواهند شد. برای صحت سنجی و بررسی کارایی روش ارائه شده، جسم ترک دار در حالت های مختلف مود اول و مود ترکیبی بررسی شد. نتایج نشان میدهد که ضرایب شدت تنش دارای سرعت همگرایی بالایی هستند و نتایج روش ارائه شده دارای انطباق خوبی با نتایج تحلیلی موجود در مراجع میباشد.

    کلیدواژگان: ضریب شدت تنش، فرمولاسیون ترکیبی، ماده الاستیک ناهمسانگرد، اصل تغییرات ریزنر
  • نسیم نایب پاشایی*، امیر افکار، مجید نوری کمری، نیما راسخ صالح، مهدی هادوی صفحات 151-160
    در این پژوهش یک روش عددی مبتنی بر المان محدود به منظور شبیه سازی توزیع تنش در پوشش سد حرارتی معمولی و درجه بندی شده YSZ/ NiCrAlYپاشش پلاسمائی شده بر روی زیرلایه Hastelloy-x توسعه یافت.پوشش سد حرارتی معمولی و درجه بندی شده به روش پاشش پلاسمائی اعمال و مشخصه یابی پوشش ها با استفاده از مطالعات متالوگرافی توسط میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی انجام شد.نتایج شبیه سازی توزیع تنش حاکی از آن بود که در نمونه های شوک دیده تحت سیکل حرارتی فاقد زمان توقف در دمای تشکیل TGO، مقدار متوسط تنش ماکزیمم از 29 مگاپاسکال در سیستم دو لایه معمولی (فصل مشترک لایه روئی/لایه واسط) به 3/15 مگاپاسکال در سیستم درجه-بندی شده سه لایه (فصل مشترک 50% NiCrAlY- 50% YSZ / YSZ) و 1/8 مگاپاسکال در سیستم درجه بندی شده پنج لایه (فصل مشترک 25% NiCrAlY- 75% YSZ / YSZ) کاهش یافته و توزیع تنش در فصل مشترکها یکنواخت شده است که این امر به افزایش عمر سیستم سد حرارتی کمک میکند.
    کلیدواژگان: پوشش سد حرارتی درجه بندی شده، المان محدود، تنش پسماند، نانوفرورونده
  • حامد پاشازاده*، میلاد رستمی صفحات 161-170
    فرآیند جوش نقطه ای مقاومتی (RSW) یک پروسه ی اتصال است که شامل فعل و انفعالات الکتریکی، حرارتی و مکانیکی می باشد و باعث می شود این روش شدیدا غیر خطی و برای مدل سازی دشوار باشد. در این مقاله، برای تجزیه و تحلیل و مدلسازی RSW، از نرم افزار اجزای محدود ANSYS استفاده شده است. به منظور افزایش دقت، خواص مواد به صورت وابسته به دما تعریف شده اند و تبدیل فاز در شبیه سازی در نظر گرفته شده است. مواد مورد استفاده فولاد AISI 1008 می باشد و پارامترهای اصلی فرآیند شامل شعاع تماس، فشار تماس و توزیع دما مورد بررسی قرار گرفته اند. همچنین چگونگی رشد نقطه جوش در طول فرآیند مورد بررسی قرار گرفته است. اندازه گیری عددی برای محاسبه اندازه دکمه جوش با نتایج آزمایش تجربی همخوانی خوبی داشته است. با استفاده از این نتایج، تنظیمات بهینه برای جریان، زمان و فشار دستگاه جوش نقطه ای می تواند در مواد مختلف برای افزایش کیفیت جوشکاری به کار رود. علاوه برای جریان الکتریکی جریان شانتینگ (انحرافی) بر اندازه دکمه جوش تاثیر می گذارد. برخی از آزمایشات به منظور بررسی تاثیر جریان الکتریکی، طراحی و شبیه سازی شده اند.
    کلیدواژگان: مدل سازی المان محدود، جوش نقطه ای مقاومتی، توزیع دما، فشار اتصال، اندازه دکمه جوش
  • مهدی اسحاقی، سید جلال همتی* صفحات 171-180
    ماشین کاری چرخشی با جریان مواد ساینده (AFRM) شکل جدیدی از فرآیند ماشین کاری با جریان مواد ساینده (AFM) است که مولفان بتازگی آن را به عنوان یک روش پرداخت کاری و پولیش کاری غیرسنتی معرفی نموده اند. از آن جاییکه در AFM، تاثیر منفی افزایش درجه حرارت ماده ساینده در حین فرآیند بر نرخ براده برداری گزارش شده است در این تحقیق نقش این متغیر بر فرآیند AFRM مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور ابزار جدیدی مجهز به وسایل اندازه گیری فشار و دما و نیز وسیله ی تنظیم دما طراحی و ساخته شده و تغییرات دمای خمیر ساینده در حین فرآیند، اندازه گیری شده است. متغیرهای فرآیند در این حالت بر اساس شرایط بهینه ی ماشین کاری با حداکثر نرخ براده برداری در مطالعه ی قبلی مولفان انتخاب شده اند. نتایج تجربی با ابزار جدید نیز موید آن است که نرخ براده برداری و صافی سطح قابل حصول با AFM، در فرآیند AFRM نیز دست یافتنی هستند. همچنین در بازه زمانی مورد نیاز برای پرداخت کاری در AFRM، افزایش محسوسی در دمای خمیر اتفاق نمی افتد که این امر از مزایای روش جدید است. لیکن در صورت ادامه ی عملیات ماشین کاری، به دلیل افزایش درجه حرارت خمیر، نرخ براده برداری کاهش می یابد که از این حیث رفتار مشابهی با فرآیند AFM از خود نشان می دهد.
    کلیدواژگان: AFM، AFRM، پولیش کاری، پرداخت کاری، نرخ براده برداری
|
  • Mohammad Shojaeifard, Mostafa Baghani *, Hamid Shahsavari, Roozbeh Eghbalpour Pages 1-10
    According to their time and rate dependent response to the exterior loads, there was too much complexity to predict mechanical responses. Thus, a thermodynamically consistent viscoelastic-viscoplastic-viscodamage model is considered to predict their mechanical responses. Along this purpose, the explicit time-discrete form of the constitutive model is used in the finite element software ABAQUS by VUMAT subroutine. This method is valuable since its accuracy, low running time and no need of Jacobian matrix calculations. After validating ABAQUS user subroutine with experimental data obtained from creep, creep-recovery and repeated creep-recovery tests on the polymer, constitutive model sensitivity to the material parameters such as viscoelastic, viscoplastic and damage properties has been investigated. Along this purpose, it can be observed that increasing viscoplastic and damage parameters could cause rising in viscoplastic strain and damage variable. Then, the direct effects of loading time and stress level and the indirect effects of unloading time on polymer strain and damage variable were investigated in the two repeated creep-recovery tests with constant and increasing amplitudes. For instance, doubling increasing amplitude cycle number from 50 to 100 could rise service life and decrease about 75 percent of damage level.
    Keywords: Viscoelastic, Viscoplastic, Viscodamage, finite element modeling, Explicit time discretization
  • Mahdi Ganjiani *, Hadi Mehdipour Pages 11-20
    In the current study, semi-crystalline polymers and their properties are introduced, and then a mechanical model is precisely presented in order to predict the behavior of these materials. In this model, a material point of the semi-crystalline polymer is considered as an aggregate of inclusions of two phases, namely, the crystalline and the amorphous phase, with the interface plane of these two phases. Constitutive equations of each phase are demonstrated. A numerical algorithm is presented for solving the constitutive equations of each phase, in stages. Moreover, the general behavior of the material is determined in terms of each phase behavior using volume averaging. Because of the availability of the material parameters for polyethylene, this material has been taken into account. Obtained numerical results are reported and compared to that of previous models. After supporting the validity of the presented model, the effect of some material parameters including crystalline phase damage rate, release parameter, amorphous phase damage rate, saturation damage, rubber shear modulus, and amorphous phase strength on polyethylene behavior has been discussed in details.
    Keywords: Continuum Damage Mechanics, Semi-crystalline polymers, Numerical algorithm, Polyethylene
  • Mohammad Riahi *, Seyed Mostafa Matloobi, Seyed Milad Hoseinnejad Pages 21-30
    Acoustic emission is one of the most important technique in None Distructive Test, that is able to evaluate crack growth in steel element of structure and is efficient in order to condition monitoring for deployment on in-service bridge component and these data can be used for schedule planning for maintanance of bridge structure. In line of experiments and empirical research, samples of structural steel (St52) were used as compact tension specimen in axial tensile fatigue test in order to study the crack growth. In this study, application of acoustic emission technique for health monitoring and determination of crack length in components of steel structure which are nuder axial fatigue load are investigated by using experimental test result, for this purpose correlation between acoustic emission parameters such a energy rate, count rate and etc and crack length and fatigue life has been studied. Finally by using the extrcted data from acoustic emission and fatigue test result, and least mean square regression analysis, the constants value for relation between crack length and acoustic emission parameters have been determined.
    Keywords: steel bridge, fatigue life, acoustic emission, Structural health monitoring, crack growth
  • Abolfazl Foorginejad *, Morteza Taheri, Nader Mollayi, Mehdi Shiva Pages 31-40

    Non-destructive tests have capabilities to investigate and identify the defects and properties of the test piece without changing the physical and mechanical properties of the sample. Non-destructive ultrasonic test has been used in many researches to study different material properties such as mechanical and structural properties. The ultrasonic wave propagation velocities have been widely used for metal hardness measurement. In this study, for the first time nondestructive ultrasonic testing has been employed to measure the hardness of rubber compounds using Gaussian Process Regression. Eighty seven samples with different formulations were prepared and vulcanized. After the vulcanization the compound hardness of the samples and the longitudinal ultrasonic wave velocity through them was measured. Result of Gaussian Process Regression model show that this model perform well and able to predict tire hardness. Also investigating repeatability shows that this method can be a good alternative for conventional hardness testing method in measuring hardness of rubbers. According to low time of test in this method and no need to sample preparation, the proposed method can be used in tire production lines.

    Keywords: Longitudinal ultrasonic velocity, Hardness, Rubber compound, Gaussian process regression
  • S. Amini * Pages 41-50
    Nowadays industrial developments and applying more dynamic loads on metals have made the issue of fatigue, which approximately cause 90% failure of the metal components to important problem. Some examples of such failures found in aircraft, automotive and high-speed trains and turbines. This resulted in design for industrial for special attention to the issue of fatigue. In the last two decades a new branch called very high cycle fatigue (VHCF) in fatigue life had attend for researchers. Access to this number of cycles (107) and above by using contemporary testing devices due to low frequency, is time-consuming and costly and thus has not been considered in the past. For a lot of material fatigue failure after 107 cycles have been reported, i.e. in the range of very high cycle fatigue. Very high cycle fatigue properties is significant issue for ensuring long life and reliability machines and structural components due to the growing demands of the industry. To achieve this number of cycles the fatigue testing machine with ultrasonic method in frequency about 20,000 Hz was used, and due to high-frequency, time reduction and achieving to high cycle is goal of using this device so can be used to study the properties of very high cycle fatigue. In this study, after describing the process theory, description of components and carry out the design for the vibration transducer and fatigue test specimen fatigue testing machine using ultrasonic method in frequency of about 20 kHz was made in laboratory and then the fatigue behavior of AISI 1045 steel using these device is studied and finally the stress-life curve for this steel was obtained to 108 cycle and The results show that the fatigue life of the steel decreased to 204 MPs. Finally, due to the fracture surfaces the failure of a samples is described.
    Keywords: Fatigue, Very high cycle, Piezoelectric, Ultrasonic, AISI 1045 steel
  • Younes Mohammadi *, Hamed Qasemi, Morteza Asadi Pages 51-60
    High ratio of strength to weight in fiber reinforced polymer composites causes to their applications in many of the structures and components. In this study an experimental and numerical investigation on four composite cylinders’ response to low-velocity impact is carried out. The studied cylinders were considered to be carbon-only, kevlar-only, kevlar-outside/carbon-inside, and carbon-outside/kevlar-inside. The experimental impact test was applied on the samples using a drop-weight impact apparatus without initial velocity with a spherical steel impactor. In the numerical part, a finite element (FE) modeling technique has been used in ABAQUS software to investigate the impact behavior. In this paper, various types of modeling methods, meshing process and types of elements such as conventional shell, continuum shell and solid elements were discussed in the software. The issues of concern were the contact force, contact duration, and deflection of the specimens. It was found that kevlar fiber has more ability to absorb energy compared to carbon fiber and that the carbon-only specimen has the greatest contact force and the lowest deflection compared with the other samples. To validate the experimental data, they were compared with the results obtained from FE analysis and a strong concurrence was found between them.
    Keywords: Low-velocity impact, cylindrical composite, carbon fiber, kevlar fiber, finite element modeling
  • Ali Rakhshandeh, Mohammad Ali Mirzaee Khalil Abadi * Pages 61-70
    Accumulative roll-Bonding process (ARB) that is a severe plastic deformation (SPD) process is investigated by the authors in order to fabricate ultrafine grained aluminum/brass composite . In this study, aluminum composite is reinforced with brass in seven cycles of ARB at room temperature and without any heat treatment between production cycles. Tensile strength and hardness of the composite increases strongly in the first cycle. These mechanical properties do not change significantly with increasing the number of cycles. After seven cycles of process, tensile strength and hardness of the composite compared to the initial Al sheet respectively increased to 46 and 85 percent. Also elongation of the composite decreases strongly in the first two cycles and slightly increased in the following cycles. This changes in the mechanical properties during the ARB process are due to the strain hardening and cold working mechanism in the primary cycles and the grain refinement in the final cycles. The microstracture results of the composite shows that the average value of grains reached 250 nm and the distribution of brass particles in the composite become more uniform with increasing the ARB cycles.
    Keywords: Severe plastic deformation, ARB process, Aluminum, brass composite, Metallic composite
  • Hamed Maghsoudloo, Mahdi Gerdooei *, Seyed Hadi Ghaderi Pages 71-80
    In this research, the hot pressing of a pure titanium grade 2 was carried out by an equal channel angular tooling. The novel design of die with 90° channel angle eliminated the undesired material flow into the die parting line, increasing forming load and the workpiece sticking. After trials, it was indicated that the combination of the copper foil and molybdenum disulfide lubricant led to the desired product. In this situation, ECAP was successfully carried out up to four passes at 260 ℃. The tensile testing was performed on the sound samples. The results showed after fourth ECAP pass with only 14% decreasing in reduction of area, the ultimate tensile strength increased by 57%. As well, due to decreasing the forming temperature and employing the suitable lubricant the ultimate tensile strength reached 799 MPa which is greater than related articles. In order to examine the microstructure and damage property of ECAPed pure titanium, the SEM images were taken. The results showed that the average initial grain size of 18385 nm decreased to 729 nm after 4 passes of ECAP. Furthermore, it was revealed that after ECAPing the fine dimples with uniform distribution were created indicating homogeneous structure.
    Keywords: Hot ECAP, Equal channel angular pressing, Commercially pure titanium grade 2, Ultrafine-grained material
  • Ehsan Khosrojerdi, Mohammad Bakhshi Jooybari *, Hamid Gorji, Seyed Jamal Hosseini Poor, Seyed Mohammad Hosseinpour Pages 81-90
    Nowadays, in different industries, especially in the automotive industry, the use of lightweight materials such as aluminum alloys has been increased in order to reduce the weight of parts and fuel consumption. These alloys have low formability at room temperature. To overcome this problem, forming at elevated temperatures is proposed. In this paper, formability of 5052 aluminum alloy sheet under hydrodynamic deep drawing assisted by radial pressure process has been studied at warm condition. Initially, after analyzing the effect of geometric parameters on thickness distribution and punch force, the effect of temperature, fluid pressure and punch speed on thickness distribution, punch force and limiting drawing ratio (LDR) were investigated. Also, the effects of forming temperature and punch speed on the minimum thickness of the workpiece were studied using Taguchi method. Based on the obtained results, higher temperature in warm isothermal and non-isothermal states leads to decrease and increase in the part thickness, respectively while higher punch speed helps in thickness improvement. It was found that the LDR increases with increasing temperature in non-isothermal state and with decreasing temperature in isothermal condition. In addition, increase in fluid pressure leads to a higher LDR.
    Keywords: Warm forming, Hydroforming, Geometric parameters, Limiting drawing ratio, Taguchi method
  • Amir Hossein Daei Sorkhabi *, Gholamhossein Amjadi Pages 91-100
    Due to the widespread use of polyamides in various industries and the need to achieve high resistance to surface scratches and optimum surface roughness, in this paper, surface roughness and surface scratch resistance of polyamide 6 reinforced with nanoparticles of calcium carbonate and maleated polyamide (PA-g-MAH) as compatibilizer based nanocomposites specimens have been investigated. For this purpose, components of nanocomposit specimens, with the different weight of nanoparticles of calcium carbonate, by twin coil extruder mixtured and specimens by the method of injection molding were prepared. To perform the hardness scratch test, the nano-coupled hardness device was used in the atomic force microscope, which has a nanoscale test instrument equipped. In order to study the roughness and surface scratch resistance of the specimens, the effect of three variables, vertical force of the scratch, the weight of the reinforcing phase and the compatibilizer have been investigated. The results show that increasing vertical force in all specimens reduces scratch resistance and increases relative height and scratch strength. Addition of calcium nano carbonate particles also increases surface roughness and scratch resistance.
    Keywords: Nanocomposites, Calcium carbonate nanoparticles, Surface roughness, Scratch resistance, Polyamide 6
  • Parva Hosseini *, Naghdali Choupani Pages 101-110
    Generally, crack growth in polymers may occur under combined tensile-shear loading. Arcan test specimen was originally designed for use with composite materials, but in recent years has been adapted by many researchers for use with isotropic materials. In this paper, in an attempt to study the fracture toughness, test specimens were prepared in the form of butterfly from Poly methyl methacrylate polymer. Experimental fracture tests were performed in three different crack lengths and first mode, mixed-mode and the pure second mode by changing the loading angle, using a specially developed fixture, based on Arcan. Load versus displacement curves were obtained. Using critical loads of the tests and the dimensionless stress intensity factors, obtained from the finite element analysis by ABAQUS software, fracture toughness of the polymer was determined. As the result, it can be seen that the shearing mode fracture toughness is larger than opening mode toughness. This means that cracked specimen is weaker in tensile loading. Finite element analysis was performed using elastic properties of the Poly methyl methacrylate polymer.
    Keywords: PMMA polymeric material, Fracture, Mixed mode, Arcan modified fixture, Abaqus
  • Hamid Arabi, Mohammad Beig Mohammadi Pages 111-120
    Determination of required force during forging processes. So, in order to increase the accuracy of numerical simulation results at die design process and predicting the required force, it is necessary to do suitable tests to estimate the friction coefficient of the process. In this research, a new test method named open die compression of the cylindrical rod has been presented and the calibration curves have been developed for it. Then, this test and the well-known ring compression test have been used to predict the friction coefficient in isothermal forging process of a sample gas turbine compressor Ti-6Al-4V blade. The friction coefficient determined by ring compression test has been applied for root region and the coefficient determined by open die compression of cylindrical rod test for the airfoil region of the blade. Finally, forging process has been investigated numerically and experimentally. Comparison of the maximum forces form numerical and experimental results shows acceptable agreement. The results show that open die compression of cylindrical rod test is a reliable method for evaluating the friction. The difference between friction coefficients determined by two before mentioned test methods, shows the dependence of friction coefficient value on deformation state of the workpiece.
    Keywords: Isothermal forging, Friction, Ring compression test, open die compression of cylindrical rod test, compressor blade
  • Davood Manafi, Davood Akbari * Pages 121-130
    Resistance spot welding is one of the most common methods of joining especially in sheet metal assemblies. The number of spot welds and their pattern, strongly affects the joint strength, time and costs. So, a hybrid method of finite element and particle swarm optimization was introduced for determining the pattern of spot welds in this paper. At first, one spot weld joint was created on a sheet specimen, and mechanical properties of this joint were determined. The spot welding process of three cases was simulated and verified by three different experimental data. Particle swarm optimization and finite element method were linked to determine an optimum pattern of spot weld joint. This method was utilized for two, three and four spot welds. According to this research, fracture force of two, three, and four spot welds were 1.9, 2.13 and 2.76 times of one spot with the optimal pattern. The results indicate that the best pattern has four spots distributed on a circle with a radius of 18mm and the angle between loading axis and symmetric axis was 66 degrees.
    Keywords: Resistance spot welding, spot welding pattern, finite element method, Particle Swarm Optimization
  • Ahmad Reza Ghasemi *, Mohammad Mohammadi Fesharaki Pages 131-140

    In this research, the determination of curvature and the effect of carbon nanotubes (CNTs) on it in cured three-phase un-symmetric cross-ply composite laminate have been studied. The un-symmetric cross-ply composite laminates is including three different phases: carbon fiber, polymer epoxy and carbon nanotube particles that different volume fraction of CNTs including %0, %1, %2 and %3 have been considered. Different micromechanical models such as Halpin-Tsai, bridging and Schapery models have been used to determine the mechanical and thermal properties. Adding of %1 volume fraction of CNTs has been caused decreasing the longitudinal and transverse coefficient thermal expansions and increasing the longitudinal, transverse and shear modulus ones. Developed Hyer model's has been employed to investigate different parameters such as curvature, critical length and deformed shape in different lengths of square un-symmetric cross-ply laminates. Addition of 1% volume fraction of CNTs decreases the critical length and curvature about 9% and 14%, respectively. In addition, the results of finite element analysis have been compared with the developed Hyer model and showed less than 10% error.

    Keywords: Curvature, Composite laminates, Carbon Nanotube, Hyer model, Micromechanics models
  • Sediqeh Qasemi, Mohammad Taher Kamali *, Babak Shokrolahi Zadeh Pages 141-150

    In this study, a semi-analytical method based on the Reisner's mixed formulation is presented for the elastic analysis of anisotropic homogeneous solids with an edge or interior crack. In this method, the displacement and the stress fields are represented as the sum of a known function and a finite series of functions with unknown coefficients. The functions are constructed in such a way that the displacement discontinuity across the crack faces and the exact singular behavior of the stress field at the crack tip are captured, moreover all essential and natural homogeneous and inhomogeneous boundary conditions are satisfied exactly. The equilibrium and the compatibility equations are also applied with the desired accuracy using the Reissner's variational principle. Solution of the variational equation leads to a set of linear algebraic equations in terms of the unknown coefficients. After computing of the unknown coefficients, the displacement and the stress fields are obtained and subsequently the stress intensity factors (SIFs) and crack opening displacement (COD) are calculated. The results show that computing of SIFs has high convergence rate and the results of the proposed approach are in good agreement with those of the analytical solutions reported in the literature.

    Keywords: Stress intensity factor, Mixed formulation, Anisotropic elastic material, Reissner’s variational principle
  • Nasim Nayebpashaee *, Amir Afkar, Majid Nourikamari, Nima Rasekhsaleh, Mehdi Hadavi Pages 151-160
    In this study, a finite element-based numerical method was developed to simulate stress distribution in conventional and functionally graded thermal barrier coatings YSZ/NiCrAlY plasma spayed on the Hastelloy-x. The coatings were characterized using optical microscope and Scanning Electron Microscopy (SEM). Moreover, thermal shock resistance of the coatings was determined. Comparisons of simulation model results with experimental results of nano-indentation stress measurement method showed good agreement. Thermal shock results show that conventional thermal barrier coating is less thermal shock resistant than functionally graded coating. The results of simulation showed that in samples after thermal shock without oxidation time (without Thermally Grown Oxide layer-TGO), the average value of the maximum stress is 29 MPa in duplex TBC (interface of top coat /bondcoat), 3.15 MPa in three-layer FG-TBC system (interface of 50% NiCrAlY - 50% YSZ / YSZ) and 1.8 MPa in five-layer FG-TBC system (interface of 25% NiCrAlY- 75% YSZ / YSZ). Also, the stress distribution is more uniform in five-layer FG-TBC system that helps to increase the performance and extend the life time of thermal barrier system.
    Keywords: Functionally Graded Thermal barrier coating, finite element method, Residual stress, Nanoindendation
  • Hamed Pashazadeh *, Milad Rostami Pages 161-170
    Resistance Spot welding (RSW) is a strong coupling process which involves electrical, thermal, and mechanical interactions. These make the whole welding procedure highly non-linear and difficult to model. In this paper, finite element analyzing tool, ANSYS, was used to simulate and model RSW. In order to improve accuracy, material properties were defined temperature-dependent and phase transformation was taken into account in simulation. The steel sheets in this study were AISI 1008 steel. The key parameters of the process including, contact radius, contact pressure, and temperature distribution were investigated. Also development of weld nugget during process was investigated and numerical calculations for nugget size showed good agreement with experimental results. This causes the weld nugget diameter abnormal variations and consequently reduces the weld strength. Therefore the tip of the electrode should be dressed in this process With these results, optimum settings for current, timing, and pressure of the spot welding machine can be formulated for different materials to produce the desired welding quality. In addition to magnitude of welding current, current shunting phenomenon affects the nugget size. In order to investigate the effect of electric current shunting, some tests were designed and simulated.
    Keywords: Coupled finite element modeling, Resistance spot welding author template, Temperature distributions, Contact pressure, Weld nugget size
  • Mahdi Eshaghi, Seyed Jalal Hemmati * Pages 171-180
    Abrasive Flow Rotary Machining (AFRM) is a new form of Abrasive Flow Machining process (AFM) which has been recently introduced by the authors as one of the non-conventional finishing and polishing methods. Since in AFM, the negative impact of temperature increase in abrasive paste has been reported on the material removal rate, in this study the role of this parameter has been evaluated on AFRM. For this purpose, a new tool equipped with pressure and temperature measuring instruments as well as temperature control device have been designed and fabricated and the temperature changes of the abrasive paste during the process are measured. The process variables in this case have been selected based on the optimum machining conditions corresponding with the maximum material removal rate from the previous study of the authors. The experimental results with new tool show that material removal rate and surface finish of AFM are obtainable by AFRM process. Also no significant increase in paste temperature occurs in AFRM process during effective machining time which is one of the advantages of AFRM. In the case of the process continuation, material removal rate decreases by increasing the temperature of the paste, which shows similar behavior to AFM process.
    Keywords: AFM, AFRM, Polishing, Finishing, Material removal rate