فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال پنجاه و دوم شماره 3 (خرداد 1399)
  • سال پنجاه و دوم شماره 3 (خرداد 1399)
  • تاریخ انتشار: 1399/01/06
  • تعداد عناوین: 15
|
  • مهرداد آقایی خفری*، واله طالب صفا صفحات 1-10

    نمودار حد شکل دهی (FLD) عموما برای برآورد شکل پذیری ورق ها مورد استفاده قرار می گیرد. استخراج نمودار های حد شکل دهی به صورت تجربی، مستلزم آزمایش های دقیق، صرف زمان و هزینه زیاد است. از این رو پژوهش های متعددی در استفاده از روش های تحلیلی و نرم افزارهای المان محدود برای تعیین این نمودار ها صورت گرفته است. در این پژوهش، منحنی های حد شکل دهی برای ورق آلومینیوم AA3105 از طریق شبیه سازی آزمون ناکازیما و آزمون مارسینیاک اصلاح شده در نرم افزار آباکوس به دست آمده است. به منظور تعیین عددی نمودار های حد شکل دهی AA3105، معیار تسلیم هیل 1948، معیار تسلیم هاسفورد و مدل آسیب GTN بر پایه هاسفورد با به کارگیری روابط سخت شوندگی وس و توانی بررسی و مقایسه شدند. به دلیل پشتیبانی نکردن نرم افزار آباکوس از معیار تسلیم هاسفورد و مدل آسیب GTN بر پایه هاسفورد، زیرروال نویسی VUMAT توسعه یافته و جهت تعیین رفتار آلیاژ AA3105 مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان دادند معیار هیل 1948، برای آلیاژهای آلومینیوم، اختلاف زیادی با نتایج تجربی دارد و استفاده از معیار هاسفورد و مدل آسیب GTN بر پایه هاسفورد، از تطابق خوبی با نتایج تجربی برخوردار است. همچنین به دلیل وجود حفره ها در ساختار فلزات، مدل آسیب GTN به جهت دارا بودن پارامتر کسر حجمی حفره ها، توجیه فیزیکی بیشتری نسبت به سایر معیارها دارد. همچنین آزمون مارسینیاک اصلاح شده، نسبت به آزمون ناکازیما نمودار حد شکل دهی را در کرنش های حدی پایین تر نسبت به آزمون ناکازیما پیش بینی می کند.

    کلیدواژگان: نمودار حد شکل دهی، معیار تسلیم ناهمسانگرد، مدل آسیب GTN، آزمون ناکازیما، آزمون مارسینیاک اصلاح شده
  • توحید بیات بداقی، داود اکبری*، حسن مسلمی نائینی صفحات 11-20
    شکل دهی چرخشی برشی، نوعی از فرآیند شکل دهی است که برای تولید قطعاتی با نسبت وزن به استحکام بالا کاربرد دارد. در این پژوهش، پارامترهای لازم برای تولید یک نمونه مخروطی شکل با ضخامت ثابت و به کمک طراحی یک پیش فرم مناسب استخراج شده است. این پارامترها شامل مقدار بهینه سرعت چرخشی سنبه یا مندرل، میزان پیشروی غلتک های شکل دهی، میزان فشار پشت مرغک و ضریب اصطکاک بهینه فرآیند می باشند. در این راستا پارامترهای ذکر شده با استفاده از مدلسازی اجزای محدود، در فرآیند تولید نمونه مزبور پیاده سازی شده و با نتایج تجربی تولید قطعه مقایسه و اعتبارسنجی گردید. در روش تولیدی پیشنهادی، از یک پیش فرم جدید کاپ شکل به جای ورق صاف استفاده شده و نتایج قطعات تولید شده با نتایج قطعات تولید شده از ورق صاف مقایسه گردید. با مقایسه نتایج، مقدار بهینه پارامترهای شکل دهی در تولید استخراج گردید و مشاهده شد که استفاده از پیش فرم معرفی شده، بدلیل مشخصات ابعادی و هندسی، نتایج مطلوب تری در قطعه نهایی حاصل می نماید. از این رو و با توجه به نتایج حاصله و همچنین صحه گذاری مناسب نتایج، می توان از آن برای افزایش کیفیت و بهینه سازی این فرآیند در قطعات پیچیده تر بهره برد.
    کلیدواژگان: شکل دهی چرخشی برشی، پیش فرم، تحلیل اجزای محدود
  • سیده مریم میرفلاح نصیری، علی باستی*، رامین هاشمی، ابوالفضل درویزه صفحات 21-30

    نمودار حد شکل دهی یکی از پرکاربردترین روش ها در پیش بینی ناپایداری پلاستیک در فرآیند شکل دهی ورق های فلزی است که دما و نرخ کرنش از جمله عوامل تاثیرگذار بر این منحنی ها است. در این مقاله، اثر دما و نرخ کرنش در شرایط بارگذاری نیمه-استاتیکی، بر رفتار تنش-کرنش و نمودار حد شکل دهی آلیاژ آلومینیومی AA3104 بر اساس روش مارسینیاک-کوزینسکی و مدل کارسختی جانسون-کوک بررسی شده است. ابتدا صحت سنجی نتایج عددی پاسخ تنش-کرنش با استفاده از مدل لودویک با نتایج تجربی انجام شد که نتایج تئوری مطابقت خوبی را با نتایج تجربی نشان داد. سپس با توجه به منحنی های تنش-کرنش به دست آمده بر اساس معادله ی لودویک، ثابت های مدل جانسون-کوک برای ورق فلزی AA3104 محاسبه و برای دماهای مختلف 50°C، 300°C و 400°C، و نرخ کرنش های متفاوت 〖10〗^(-5)، 〖10〗^(-4) و 〖10〗^(-3) بر ثانیه، منحنی های تنش-کرنش و نمودار حد شکل دهی استخراج شد. سطح منحنی تنش-کرنش ورق با افزایش دما کاهش و با افزایش نرخ کرنش افزایش یافت. هم چنین سطح نمودار حد شکل دهی آلیاژ با افزایش دما افزایش و با افزایش نرخ کرنش کاهش پیدا کرد. نتایج بیانگر اثر مثبت دما بر کرنش های حدی به علت نرم شدن حرارتی و اثر منفی نرخ کرنش بر نمودار حد شکل دهی AA3104 به علت رفتار ساختاری ماده است.

    کلیدواژگان: نمودار حد شکل دهی، مدل M-K، مدل جانسون-کوک، دما، نرخ کرنش
  • علی طاهری آهنگر، محمد بخشی جویباری*، سید جمال حسینی پور، حمید گرجی صفحات 31-40
    در سال های اخیر آلیاژهای آلومینیوم و منیزیوم به دلیل نسبت استحکام به وزن بیشتر در مقایسه با فولادها، مورد توجه محققان و مهندسان قرار گرفته است. محدودیت اصلی آلیاژهای یادشده، شکل پذیری پایین در دمای محیط می باشد. برای غلبه بر این محدودیت، محققان نشان دادهاند که شکل پذیری آلیاژهای آلومینیوم در دماهای بالا افزایش می یابد. هیدروفرمینگ لوله به عنوان یکی از فرآیند های نوین شکل دهی فلزات شناخته می شود که در آن، فشار داخلی سیال و نیروی محوری به طور همزمان به لوله اعمال می شود. در این پژوهش، شکل پذیری لوله آلومینیومی آنیل شده 6063 در فرآیند هیدروفرمینگ گرم بررسی شده است. تاثیر فشار و تغذیه محوری در دماهای مختلف بر روی توزیع ضخامت، فشار پارگی و ارتفاع بالج مربوطه به صورت تجربی و عددی مطالعه شده است. به منظور پیش بینی عددی لحظه شکست در فرآیند، از سه معیار شتاب (مشتق دوم) کرنش پلاستیک معادل، شتاب کرنش اصلی بزرگ و شتاب کرنش در راستای ضخامت استفاده شد. علاوه بر آن، از روش هندسی برای تعیین چروک در شبیه سازی استفاده گردید. با مقایسه نتایج بدست آمده، تطابق قابل قبولی بین نتایج تجربی و شبیه سازی بدست آمد. با انجام شبیه سازی اجزای محدود و آزمایش های تجربی، پنجره های شکل دهی لوله آلومینیومی 6063 آنیل شده در دو دمای °C25 و °C 250 به دست آمد. با توجه به پنجره شکل دهی در دمای C°25 نسبت به دمای C°250 ، بازه اعمال فشار در محدوده ایمن تقریبا دو برابر می باشد اما بازه تغذیه محوری تقریبا نصف می شود.
    کلیدواژگان: هیدروفرمینگ لوله، هیدروفرمینگ گرم، آلیاژ آلومینیوم 6063، پنجره شکل دهی
  • امیر قیاسوند*، سوران حسنی فرد صفحات 41-50
    در پژوهش حاضر با استفاده از کد اجزاء محدود ABAQUS 2017 و بکارگیری زیر برنامه DFLUX به تحلیل عددی سه بعدی جوشکاری لیزری در حالت هندسی روی هم دو آلیاژ غیر هم جنس آلومینیومی AA6061 و AA5086 پرداخته شده است. تاثیر قرارگیری آلیاژ سخت تر و نرم تر در قسمت فوقانی و تحتانی جوش در ضخامت های 1 و 5/1 میلیمتری دو قطعه بر مواردی همچون: توزیع حرارتی ، وسعت مناطق مختلف جوش و تنش پسماند ناشی از جوشکاری لیزری مطالعه و بررسی شده است. در مجموع و بر اساس مساله 8 وضعیت جهت شبیه سازی آماده شد. بر اساس نتایج بدست آمده نمونه A4 پایین ترین اختلاف دما بیشینه بین قسمت فوقانی و تحتانی را در بین همه حالات داراست که این اختلاف کم تر به دلیل قرارگیری فلز سخت تر و با ضخامت کم تر در قسمت فوقانی اتصال می باشد. در همه حالات مورد بررسی فارغ از موقعیت قرارگیری در بخش فوقانی و یا تحتانی، تنش پسماند طولی بزرگ تر در بخش آلیاژ سخت تر، آلیاژ AA6061 روی خواهد داد. همچنین بر اساس نتایج بدست آمده، در همه حالات بیشینه تنش پسماند طولی ایجاد شده در حدود مقدار تنش تسلیم آلیاژ سخت تر می باشد. بهترین حالت از نظر سطح تنش پسماند طولی σzz در قطعه کار به ترتیب مربوط به وضعیت های A1 و B1 است زیرا هم سطح تنش پسماند کششی پایین تری را تجربه می نمایند و هم میزان اختلاف تنش در دو ناحیه فوقانی و تحتانی این نمونه ها اختلاف پایین تری با یکدیگر دارد.
    کلیدواژگان: جوشکاری لیزر، آلیاژ آلومینیوم، مدلسازی عددی جوش، توزیع دما، تنش پسماند جوش
  • حامد رضائی، محمدحسین صادقی*، حسن خسروآبادی صفحات 51-60
    میکروفرزکاری یکی از مهمترین فرایند های ساخت قطعات مینیاتوری است که امروزه کاربرد گسترده ای در صنایع مختلف پیدا کرده اند. به مانند سایر فرایند های ماشینکاری، از سیال های برشی برای خنک کاری و روانکاری در میکروفرزکاری استفاده می شود با این تفاوت که بعلت کوچکی ناحیه برش در مقیاس میکرو، استفاده از آنها با مشکلاتی همراه است. در این تحقیق، اثر سیستم های روانکاری/خنک کاری مختلفی همچون شرایط خشک، تر و روانکاری کمینه بر مشخصه هایی از فرایند نظیر سایش میکرو ابزار و کیفیت سطح مورد ارزیابی قرار گرفته است. در مورد روانکاری کمینه، از دو روش پاشش تک نازله و دو نازله استفاده و با یکدیگر مقایسه شده اند. آزمایش ها با استفاده از میکرو ابزارهای دو پره به قطر 8/0 میلی متر بر روی آلیاژ تیتانیومی Ti6Al4V انجام گرفت. نتایج نشان از نقش برجسته ی سیستم روانکاری کمینه در هر دو عمل روانکاری و خنک کاری داشته است. همچنین، شرایط تر نقش موثری در خنک کاری ایفا نکرد. در نهایت، بکارگیری روانکاری کمینه در مقایسه با دو نوع دیگر خشک و تر، موجب سایش کمتر میکرو ابزار و بهبود کیفیت سطح شده و در این میان استفاده از سیستم پاشش دو نازله عملکرد موثرتری در میکروفرزکاری این آلیاژ داشته است.
    کلیدواژگان: میکروفرزکاری، آلیاژ تیتانیوم، روانکاری، خنک کاری، کیفیت سطح
  • تورج عزیززاده، میرسعید صفی زاده* صفحات 61-70
    روش نشتی شار مغناطیسی، متداول ترین و موثرترین روش برای تشخیص خوردگی در خطوط لوله فرو مغناطیسی است. عیوب خوردگی معمولا به صورت خوشه ای رخ می دهند و بر روی یکدیگر تاثیر می گذارند. با این حال به دلیل وجود تداخل در بین سیگنال های نشتی شار مغناطیسی، این عیوب با روش نشتی شار مغناطیسی متداول نمی توانند به طور دقیق اندازه گیری شوند. به منظور تفکیک عیوب تکی و بهبود عملکرد اندازه گیری، روش نشتی شار مغناطیسی سه محوره به کار برده می شود. در این پژوهش، مدلسازی اجزاء محدود استفاده می گردد تا توزیع مکانی مربوط به مولفه های نشتی شار مغناطیسی حاصل از عیوب خوردگی مجاورهم به دست آیند. هندسه عیب مورد بررسی شامل دو پیتینگ است که به حد کافی بهم نزدیک هستند و شار مغناطیسی در ناحیه بین این دو عیب بر هم تاثیر می گذارند. با تغییر فاصله بین دو پیتینگ، درجه های متفاوتی از همجواری در نظر گرفته می شوند. پس از شبیه سازی ها، تست های آزمایشگاهی نشتی شار مغناطیسی بر روی صفحات فولادی که شامل عیوب پیتینگ هستند، انجام می شوند. نتایج شبیه سازی و آزمایشگاهی نشان می دهند که ترکیب داده های محوری، شعاعی و محیطی نشتی شار مغناطیسی می تواند عیوب پیتینگ مجاور هم را تفکیک کرده و اندازه گیری نماید. نهایتا، نتایج شبیه سازی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه و اعتبار سنجی می شوند.
    کلیدواژگان: تست غیرمخرب، نشتی شار مغناطیسی، خطوط لوله فرومغناطیسی
  • محمدرضا مروتی، بیژن ملایی داریانی* صفحات 71-80

    در این تحقیق، کامپوزیت زمینه آلومینیومی تقویت شده با نانولوله کربنی با استفاده از فرآیند نورد تجمعی بدست آمده است. از فرآیند نورد تجمعی بعنوان یکی از روش های تغییرشکل پلاستیک شدید به دلیل خواص مکانیکی و ریزساختاری خوب نمونه های تولیدشده، برای تقویت ورق های آلومینیومی با استفاده از نانولوله های کربنی استفاده شده است. به منظور ارزیابی خواص مکانیکی کامپوزیت ساخته شده از آزمایش کشش تک محوری استاندارد استفاده شده، بدین منظور، ابتدا استحکام کششی نهایی ورق های ساخته شده با روش نورد تجمعی با ورق تک لایه و سپس ورق های تقویت شده با نانولوله کربنی مقایسه شده است. تغییرات ریزساختاری کامپوزیت حین چرخه های مختلف نورد توسط میکروسکوپ نوری مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که افزودن (5/0-5/1) درصد وزنی نانولوله کربنی در ورق های کامپوزیت باعث افزایش استحکام کششی نهایی آنها شده ولی افزودن بیش از 5/1 درصد وزنی نانولوله کربنی باعث کاهش استحکام کششی نهایی ورق های کامپوزیت می گردد. علاوه بر آن، کامپوزیت زمینه فلزی تولیدشده بوسیله نوردتجمعی تا 7 چرخه، توزیع یکنواخت و پیوند قوی بین ذرات و زمینه را نشان می دهد. همچنین هنگامی که تعداد چرخه ها افزایش می یابد، استحکام کششی نهایی کامپوزیت نیز افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: تغییرشکل پلاستیک شدید، نورد تجمعی، نانولوله کربنی، ریزساختار
  • سیدمهدی گنجیانی*، ارسلان اعظمی، میثم کلهر صفحات 81-90

    در این مقاله ، با استفاده از مکانیک آسیب پیوسته و روش های تجربی ، به بررسی رشد آسیب پرداخته میشود . روش های مختلفی برای ارزیابی تجربی آسیب در مواد وجود دارد . این روش ها به دو دسته کلی تقسیم بندی می شوند : روش های مخرب نظیر ارزیابی تغییرات مدول وتری و روش های غیرمخرب نظیر میکروسختی سنجی می باشد . در این مقاله ابتدا نمودار تنش حقیقی-کرنش حقیقی ماده ، با استفاده از تست کشش ساده استخراج می شود . تغییرات مدول وتری با استفاده از تست بارگذاری-باربرداری تکراری، استخراج می شود . برای اندازه گیری کرنش پلاستیک در نمونه ، دایره هایی به روش الکترواچ روی نمونه چاپ شد و سپس با اندازه گیری تغییر قطر دایره ها ، کرنش پلاستیک در نقاط مختلف از سطح نمونه شکسته شده، اندازه گیری شد . نقاط مختلف با کرنش های پلاستیک مختلف تحت تست های میکروسختی و ماکروسختی قرار گرفتند . با استفاده از داده های حاصل از این تست ها ، رشد آسیب مطابق با هر تست مشخص شد . آسیب مشخص شده با این سه روش مورد مقایسه قرار گرفتند ، مشاهده شد که روش میکروسختی و بارگذاری-باربرداری تکراری روند نسبتا مشابهی داشتند ، اما روند ماکروسختی تفاوت محسوسی با این دو روش داشت، همچنین میانگین سه روش به روش میکروسختی تشابه بیشتری داشت.

    کلیدواژگان: بارگذاری-باربرداری، ماکروسختی، مدول وتری، مکانیک آسیب پیوسته، میکروسختی
  • هادی عیوضی باقری، حمید گرجی*، محمدرضا شبگرد، سلمان نوروزی صفحات 91-100
    در این مقاله به دلیل اهمیت کیفیت سطح قطعات تولیدی، تاثیر ارتعاشات التراسونیک الکترود آلیاژساز (مونل 400) با فرکانس 20 کیلوهرتز بر روی پارامترهای خروجی ارزیابی خواص سطح (سختی و مقاومت به سایش سطح، ضخامت لایه ی تشکیل شده، عمق نفوذ عناصر مس و نیکل به سطح و زبری سطح آلومینیوم) در فرآیند آلیاژسازی سطحی به روش تخلیه الکتریکی مورد ارزیابی قرار گرفته است. بر اساس نتایج تصاویر میکروسکوپ الکترونی، ضخامت لایه تشکیل شده سطحی در حالت تلفیق ارتعاشات التراسونیک با فرآیند آلیاژسازی تخلیه الکتریکی، بیشتر از حالت بدون ارتعاش می باشد، لذا افزایش ضخامت این لایه مقاومت به سایش سطح را افزایش می دهد. همچنین نتایج میکروسختی سنجی نشان می دهد سختی سطح آلومینیوم پس از تلفیق ارتعاشات التراسونیک با فرآیند آلیاژسازی تا 450 ویکرز افزایش یافته است. مطابق نتایج آنالیز EDX عمق و درصد نفوذ عناصر آلیاژی (مس و نیکل) به سطح در حالت استفاده از امواج التراسونیک بیشتر شده است بطوریکه ضخامت لایه سطحی به 50 میکرون رسیده است. همچنین براساس نتایج زبری سنجی سطح، ارتعاشات التراسونیک باعث کاهش زبری سطح آلومینیوم بعد از آلیاژسازی سطحی شده است.
    کلیدواژگان: آلیاژسازی سطحی، تخلیه الکتریکی، ارتعاشات التراسونیک، آلومینیوم، مونل 400
  • محمد شفیعی علویجه، حسین امیرآبادی* صفحات 101-110
    فرآیند لپنکاری یکی از مهمترین فرآیندهای پرداختکاری به منظور رسیدن به سطوحی با تختی بالا است. در این مقاله در فرآیند لپنکاری تخت یک طرفه، اثر پارامترهای اندازه ذرات ساینده، درصد وزنی ذرات ساینده در دوغاب لپنکاری و فشار لپنکاری بر نرخ برداشت ماده، تختی و زبری سطح قطعات لپنکاری شده مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایشها توسط دستگاه لپنکاری لپ مستر 15 و بر روی قطعاتی از جنس فولاد 440c انجام شده اند. مهم ترین مشکل در فرآیندهای لپنکاری، پایین بودن نرخ برداشت ماده است که سبب افزایش هزینه و زمان تولید میگردد. بنابراین در فرآیندهای لپنکاری، انتخاب شرایطی که بتواند علاوه بر تولید قطعاتی با دقتهای هندسی و زبری سطح موردنیاز، نرخ برداشت ماده بالایی نیز داشته باشد بسیار مهم و ضروری است. در این مقاله برای اولین بار با استفاده از الگوریتم بهینه سازی چندهدفه ژنتیک با رویکرد مرتب سازی نامغلوب به بهینه سازی همزمان نرخ برداشت ماده، زبری سطح و تختی قطعات لپنکاری شده پرداخته و بهینه پارتو مربوطه، بدست آورده شده است. نتایج بدست آمده نشان میدهند که این الگوریتم بهینه سازی ابزاری مفید و قدرتمند برای بهینه سازی همزمان نرخ برداشت ماده، زبری سطح و تختی قطعات لپنکاری شده است و با استفاده از این الگوریتم بهینه سازی میتوان قطعاتی با زبری سطح و تختی مورد نیاز را با نرخ برداشت ماده بالا تولید کرد. در نتیجه با استفاده از این الگوریتم بهینه سازی علاوه بر ایجاد قطعاتی با کیفیت مطلوب، هزینه و زمان تولید نیز کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: بهینه سازی چند هدفه، الگوریتم ژنتیک، لپنکاری تخت یک طرفه، فولاد 440c، مرتب سازی نامغلوب
  • عزیز شکری، جواد اکبری* صفحات 111-120
    ماشین فرز عمودی از پرکاربردترین ماشین ابزارها برای تولید قطعات دقیق می باشد. خیز استاتیکی مجموعه ماشین ابزار در اثر نیروهای بالای ماشین کاری و به تبع آن جابه جایی سر ابزار مهم ترین عامل کاهش دقت ابعادی قطعه کار می باشد. همچنین انطباق محدوده فرکانس کاری با فرکانس های طبیعی موجب پدیده نامطلوب تشدید و ابزارلرزه می شود. کاهش انرژی کرنشی ستون و به تبع آن کاهش جابه جایی سر ابزار و افزایش فرکانس طبیعی اول ماشین فرز، با توجه به اینکه محدوده فرکانس کاری زیر فرکانس اول می باشد، تغییرات مطلوبی است که با بهینه سازی توزیع ضخامت دیواره ستون و آرایش تقویت کننده های داخلی متصل به آن میسر است. در این مقاله روشی مستقیم مبتنی بر تحلیل حساسیت، برای بهینه سازی آرایش تقویت کننده های متصل به سازه های صفحه ای و پوسته ای ارائه شده است. در این روش در هر مرحله از بهینه سازی، با ایجاد حلقه ارتباط بین نرم افزارهای متلب و آباکوس و بر اساس تحلیل حساسیت انجام شده توسط حلگر اجزا محدود آباکوس، تقویت کننده هایی که بیشترین تاثیر را در بهینه سازی تابع هدف دارند به فضای طراحی افزوده می شوند. پس از بهینه سازی توزیع ضخامت دیواره ستون با استفاده از ابزار بهینه سازی اندازه نرم افزار آباکوس، از روش ارائه شده در این مقاله برای بهینه سازی آرایش تقویت کننده های داخلی متصل به دیواره ستون استفاده شد. نهایتا باوجود کاهش تقریبا 0.5 درصدی وزن ستون، بیشینه جابه جایی ماشین فرز 6.9 درصد کاهش و فرکانس طبیعی اول آن 16.5 درصد افزایش می یابد. بنابراین با تغییرات جزئی در هندسه ستون مشخصه های مکانیکی ماشین فرز بهبود یافت.
    کلیدواژگان: خیز استاتیکی، پدیده تشدید، بهینه سازی آرایش تقویت کننده ها، بهینه سازی توزیع ضخامت، تحلیل حساسیت
  • مریم اکبری، عسل حسینی منزه* صفحات 121-130
    چدن خاکستری به دلیل وجود سیلیسیوم، قابلیت ریخته گری بالایی دارد. توانایی بالای ماشین کاری قطعات ریخته شده و میرایی ارتعاش دو خاصیت تقریبا خاص این آلیاژ هستند؛ که سبب کاربرد گسترده آن در صنعت گردیده است. استفاده از براده های ماشین کاری به عنوان ماده اولیه ساخت قطعات، در چندسال اخیر مورد توجه محققان قرارگرفته است. در این پژوهش، از براده ماشین کاری چدن خاکستری به عنوان ماده اولیه جهت تولید ساختارهای متخلخل استفاده گردید. ساختارهای متخلخل تولیدی تحت دو فرآیند عمده و مخرب صنعتی یعنی خوردگی و ارتعاش به صورت متوالی و موازی قرار داده شد. به منظور نشان دادن قدرت تخریب و مقایسه این فاکتور در این دو فرآیند، تغییرات جهت گیری فاز متخلخل (ناشی از جذب انرژی های دو فرآیند مخرب) اندازه گیری گردید. مشاهده گردید بیشترین میزان جذب انرژی که همراه با بیشترین تغییرات در جهت گیری فاز متخلخل می باشد؛ تابع میزان تخلخل، نوع فرآیند مخرب و ترتیب اعمال خوردگی و ارتعاش می باشد. در حالتی که دو فرآیند ارتعاش و خوردگی به صورت متوالی اعمال شود؛ مکانیزم غالب در اعمال تغییر جهت فاز متخلخل، خوردگی می باشد؛ که توانایی کمتری در ایجاد تغییرات ریزساختاری دارد. در صورتی که فرآیندهای مخرب به صورت موازی اعمال شود؛ نمونه ای با مقدار متوسط تخلخل 42%، بیشترین جذب انرژی را داشته و مکانیزم غالب در این حالت، ارتعاش است.
    کلیدواژگان: چدن خاکستری، میرایی ارتعاش، محیط خورنده، جهت گیری فاز متخلخل
  • محمد ریاحی*، سید مصطفی مطلوبی، حامد صادقی صفحات 131-140
    کاهش هزینه های حاصل از خرابی و از کارافتادگی ناگهانی تجهیزات و افزایش قابلیت اطمینان سیستم ها، یکی از اهداف مهم در صنایع مختلف است که می توان با کمک استقرار سیستم های پایش وضعیت و تشخیص عیب به آن دست یافت. کاویتاسیون یکی از پدیده های رایج در پمپ های گریز از مرکز است که موجب ایجاد خرابی شده و شناسایی صحیح آن در مراحل اولیه از اهمیت بالایی برخوردار می باشد. در این مقاله با کمک روش شبکه ایمنی مصنوعی که از عملکرد سیستم ایمنی بدن انسان الگو گرفته شده به شناسایی پدیده کاویتاسون در یک پمپ گریز از مرکز چند مرحله ای پرداخته شده است. برای این منظور پس از جمع-آوری داده ها به کمک مجموعه آزمایشگاهی و استخراج ویژگی های مختلف، با کمک روش ایمنی مصنوعی به انتخاب ویژگی و کاهش ابعاد پرداخته شده و سپس با کمک این روش حالت سیستم شناسایی گردید. در نهایت نتایج حاصل از آن با روش PCA و نتایج روش های ماشین بردار پشتیبان غیر خطی، شبکه عصبی مصنوعی چند لایه، K-means و FCM مقایسه گردیده است
    کلیدواژگان: پایش وضعیت، کاویتاسیون، شبکه ایمنی مصنوعی، کلونال جی
  • سید نادر عاملی کلخوران*، مهرداد وحدتی، جیوانگ یان صفحات 141-150
    فرآیند ماشینکاری فوق دقیق قطعات، روشی بسیار پیشرفته جهت نیل به دقت ابعادی و صافی سطح در حد نانومتر می باشد. این فرآیند کاربرد وسیعی در تولید قطعات دقیق صنایع دفاعی، هوافضا، اپتیک و الکترونیک داشته و فقط تعداد محدودی از کشورهای صنعتی به فناوری آن دسترسی دارند. با توجه به دقت بسیار بالای این فرآیند، عوامل زیادی می توانند بر کیفیت سطح نهایی تاثیر بگذارند. اجزاء ماشین ابزار، شرایط ماشینکاری، هندسه و جنس ابزار، شرایط محیطی، جنس قطعه کار و ارتعاشات، از جمله این عوامل می باشند که در این مقاله به بررسی آن ها پرداخته شده است. در ادامه، با استفاده از روش شبیه سازی دینامیک مولکولی به بررسی تاثیر عمق ماشینکاری بر مکانیزم برش و کیفیت سطح پرداخته شد. نتایج مشخص کرد هنگامیکه نسبت عمق ماشینکاری به شعاع لبه ابزار کمتر از 5/0 باشد، زاویه پیشانی موثر، بزرگتر از زاویه پیشانی اسمی ابزار خواهد بود. همچنین تحت این شرایط، مکانیزم ماشینکاری متفاوت از مکانیزم میکروبراده برداری بوده و بصورت اکستروژن می باشد. در انتها، با انجام مجموعه ای از آزمایش‎های تجربی، تاثیر عمق براده برداری بر شکل براده و کیفیت سطح صورت پذیرفت. بدین منظور از میکروسکوپ الکترونی روبشی، دستگاه اندازه گیری فوق دقیق دوبعدی و همچنین تداخل سنج نور سفید استفاده شد. نتایج نشان دهنده گسیختگی براده ها در عمق براده برداری پایین و همچنین تشکیل نانو-ربان های سیلیکونی در عمق براده برداری 100 نانومتری بود.
    کلیدواژگان: ماشینکاری فوق دقیق، ماشینکاری الماسه، صافی سطح، سیلیکون تک کریستال، شبیه سازی دینامیک مولکولی
|
  • Mehrdad Aghaie Khafri *, Valeh Talebsafa Pages 1-10

    Forming limit diagram (FLD) is a useful tool for investigation of sheet's formability for designing industrial products. Experimentally extracting FLD requires exact experimental tests, and is time consuming, and expensive. Therefore, several studies have been carried out on the usage of theoretical methods and finite element software for determining these diagram. In this study, FLD for AA3105 aluminum alloy sheet were obtained by simulating the Nakazima and modified Marciniak test in ABAQUS software. In order to numericaly determine FLD of AA3105, Hill yield criterion, Hosford yield criterion and GTN damage model based on Hosford criterion and Voce and power law hardening rules were investigated. Due to the lack of the Hosford yield criterion and the GTN damage model based on Hosford criterion in the ABAQUS software, VUMAT subroutines has been developed and used to determine the behavior of the AA3105 aluminum alloy. The results showed that the predicted FLD based on the Hill criterion, shows large deviation from experimental results. The usage of the Hosford criterion and GTN damage model for aluminum alloys showed a better correlation with experimental results. Also, due to the presence of voids in metals, the GTN damage model which is based on the void volume fraction has a greater physical justification than other yield criterion. Furthermore, by comparing numerical FLDs that obtained from Nakazima and modified Marciniak tests, it was concluded that the limit strains in modified Marciniak test is lower than the Nakazima test.

    Keywords: Forming Limit Diagram, Anisotropic yield criteria, GTN damage model, Nakazima test, Modified Marciniak test
  • Tohid Bayat Bodaghi, Davood Akbari *, Hassan Moslemi Naeini Pages 11-20
    Shear forming is a kind of spinning process which can be used for manufacturing of components that have a high weight to strength ratio. this process can benefichially used in the conic or semi conic shaped specimens as it done in this paper. In this paper , the main parameters for manufacturing of a constant thickness conic shaped specimen have been extracted, using a pre-form design. These parameters include mandrel rotational speed , roller feed rate, tailstock pressure and friction ratio . To this regard, the optimized efficient parameters were extracted and the obtained data has been compared and validated with the experimen . Morever , a new cup shape preform has been used. With comparison of the results, the optimized efficient forming parameters of the offered preform have been derived . It was observed that using preform will cause in better cone part specifications due to it's close dimensional and geometrical specifications . It was shown that the proposed method can beneficially lead to better results in the shear spinning process .
    Keywords: Shear Forming, Constant thickness, Preform, Finite element modelling
  • Seyedeh Maryam Mirfalah Nasiri, Ali Basti *, Ramin Hashemi, Aboulfazl Darvizeh Pages 21-30

    Forming limit diagram is one of the most applicable methods for prediction of plastic instability in sheet metal forming that temperature and strain rate is among factors effecting on the FLD. In this paper, the effects of temperature and strain rate at quasi-static condition on the true stress-true strain curve and forming limit curve of AA3104 aluminum are analytically investigated using Marciniak-Kuckzynski method and Johnson-cook model. The stress-strain response of numerical results validation using the Ludwik model is performed with experimental results. Theoretical results show a good agreement with experimental results. Then, according to the stress-strain curves obtained based on the Ludwik equation, Johnson-Cook coefficients are calculated for AA3104 and the true stress-true strain respond and forming limit diagram are produced for different temperatures 50°C، 300°C and 400°C and several t strain rates 〖10〗^(-5)، 〖10〗^(-4)and 〖10〗^(-3) s^(-1). The stress-strain curve decreases with increasing temperature and increases with increasing strain rate. Also the FLD increases with increasing temperature and decreases with increasing strain rate. The results exhibit a positive sensitivity of temperature on the limit strain due to the thermal softening and the negative strain rate sensitivity on the FLD AA3104 due to the behavior of crystallographic structure of the material

    Keywords: Forming Limit Diagram, Johnson-cook Model, Temperature, Strain Rate
  • Ali Taheri Ahangar, Mohammad Bakhshi Jooybari *, Seyed Jamal Hosseinipour, Hamid Gorji Pages 31-40
    In recent years, aluminum and magnesium alloys have attracted the attention of researchers and engineers due to higher strength to weight ratio, compared with steels. The main limitation of these alloys is the low formability at room temperature. In order to overcome this limitation, researchers have shown that the formability of aluminum alloys increases at high temperatures. Tube hydroforming is known as a novel metal forming process in which the fluid internal pressure and the axial force are applied simultaneously to the tube. In this study, the formability of 6063 annealed aluminum tube has been investigated in warm tube hydroforming process. The effects of pressure and axial feed on the thickness distribution, bursting pressure and the respecting bulge height at different temperatures have been studied experimentally and numerically. In order to numerically predict the onset of fracture in the process, three criteria, namely equivalent plastic strain acceleration (second derivative), major strain acceleration, and thickness strain acceleration were used. Moreover, a geometrical method was adopted in the simulation to determine the wrinkling. By comparing the results, there was an acceptable accordance between experimental and simulation results. By using experimental tests and finite element simulation, the process windows of the 6063 annealed aluminum tube were obtained at the temperature of 25 °C and 250 °C. According to the process window obtained at 25 °C compared with the one obtained at 250 °C, the pressure interval in the safe zone is about twice but the axial feed interval becomes nearly half.
    Keywords: Tube hydroforming, Warm hydroforming, 6063 aluminum alloy, Forming window
  • Amir Ghiasvand *, Soran Hassanifard Pages 41-50
    In the present study, using the ABAQUS 2017 finite element code and using the DFLUX subroutine, a 3D numerical analysis of laser welding in the lap joint of AA6061 and AA5086 aluminum alloys was carried out. The effect of the position of a harder and softer alloy on the upper and lower parts of the weld in two different thicknesses of the two parts was studied on such cases as: thermal distribution, the width of the different welding regions and the residual stress caused by laser welding. In total, and based on the input conditions of the problem, 8 states were prepared for simulation. Based on the results, the A4 sample has the lowest maximum temperature difference between the upper and lower parts in all of these states, which is due to the presence of harder metal with lower thickness in the upper part of the joint. In all cases, regardless of the position of the upper or lower parts, the higher longitudinal residual stresses will occur in the harder part, the AA6061 alloy, and in all states the maximum longitudinal residual stress formed over the yield stress of the harder alloy. Regarding the level of σzz in the workpiece, the best conditions are, respectively, A1 and B1, because they also experience lower residual stresses levels, and the difference in residual stress between the two upper and lower regions of these specimens is lower.
    Keywords: Laser welding, ALUMINUM ALLOY, Numerical Modeling of Welding, temperature distribution, Residual stress of welding
  • Hamed Rezaei, Mohammad Hosein Sadeghi *, Hassan Khosroabadi Pages 51-60
    Micromilling is one of the main manufacturing processes of creating miniaturized parts which are highly demanded in many industries nowadays. Like any other machining processes, cutting fluids are used for cooling and lubricating during micromilling while it can be challenging due to small cutting zone. In this study, the effects of different cooling and lubricating systems such as dry cutting, wet condition and MQL systems are investigated on such characteristics as surface quality and wear of the micro tool. In case of the MQL, two methods of single-nozzle and bi-nozzle spraying systems are applied and their effects on such characteristics are compared to each other. Machining tests are carried out using a two-flute micro cutter with diameter of 0.8 mm on a titanium alloy Ti6Al4V. Results show that the MQL is significantly effective on the both cooling and lubricating whereas wet application has no effect on the cooling. Finally, using MQL applications results in lower tool wear and better surface finish compared to those of the dry and wet conditions hence the one with two-nozzle is more advantageous in micro end-milling of this alloy.
    Keywords: Micro-milling, titanium alloy, lubricating, cooling, surface finish
  • Turaj Azizzadeh, Mir Saeed Safizadeh * Pages 61-70
    Magnetic flux leakage (MFL) technique is a widely used and effective approach for detecting and sizing of the corrosion defects in ferromagnetic pipelines. In general, corrosion defects occur in dense clusters and affect each other. However due to the interaction between the MFL signals, these defects can-not be accurately characterized using the traditional MFL method. In order to discriminate the individual defects and improve sizing performance, tri-axial MFL technique is used. The study is performed using the extensive finite element modeling (FEM) focusing on the spatial distribution of tri-axial MFL components produced by the nearby corrosion defects. This type of defect geometry comprises two pits that are sufficiently close to influence flux distributions in the area between them. Various degrees of closeness are considered by varying the spacing of the two pits. Following the simulations, experimental MFL tests are performed on the steel plates containing nearby pits. The experimental and FEM results indicate that combining the axial, radial and circumferential MFL data can discriminate and characterize the nearby pits. Finally, the experimental and FEM results are compared.
    Keywords: Non-destructive testing, Magnetic flux leakage, Ferromagnetic pipeline
  • Mohammadreza Morovvati, Bijan Mollaei Dariani * Pages 71-80

    In this study, aluminum sheets reinforced by carbon nanotubes were fabricated using the Accumulative Roll Bonding (ARB) method. The ARB process was chosen among the severe plastic deformation methods to strengthen metal sheets using carbon nanotubes owing to the enhanced microstructure and mechanical properties of final products. In order to evaluate the mechanical properties of the specimens, tensile tests were carried out and the strength of sheets made by ARB method was compared to single-layer pure aluminum and reinforced composite sheets. Microstructural changes of composite sheets were studied by optical microscopy after each cycle of rolling process. The results showed that spreading of (0. 5 to 1.5) wt% of CNTs increased the ultimate strength of the composite sheets while by aggregating the CNTs more than 1.5 wt% a decreasing trend of the ultimate strength was observed. Furthermore, the composites fabricated from 7 cycle of rolling process had a homogeneous distribution of particles and strong bonding between particles and matrix without having any porosity. Also it was found that the tensile strength of composite sheets also increased as the number of cycles increased.

    Keywords: Severe plastic deformation, Accumulative roll bonding, Carbon nano tube, Microstructure
  • Seyed Mahdi Ganjiani *, Arsalan Azami, Meysam Kalhor Pages 81-90

    In this paper, using the theory of Continuum Damage Mechanic and experimental methods, damage evolution is investigated. There are various experimental and theorical methods for measuring the Damage in materials. the experimental methods can be categorized in two type: destructive methods, for example: analysis of chord modulus variation, and the non-destructive methods, for example: microhardness or macrohardness evaluation. In this paper at the first, true stress-true strain diagram of material using the simple tension test and chord modulus variation Using repetitive loading - unloading test is obtained. For measuring plastic strain, grids are etched on the tension sample by using electroetch device. And then by measuring major ellipsoid diameter on the broken sample and comparing with the preceding circle, plastic strain at various points are specified. At specified points of the sample, the microhardness and the macrohardness are measured. Using the data of these three experimental methods, the corresponding damage is evalvated and the corresponding charts are ploted. finally The evaluated damage by these three methods is compared. It’s observed, microhardness and L-U-T test have relatively similar progress, but macrohardness progress had significant difference withn these two methods. It’s also observed, average of three methods is close to microhardness method rather than two other.

    Keywords: Loading-Unloading, Macrohardness, Chord modulus, Continuum Damage Mechanic, Microhardness
  • Hadi Eivazi Bagheri, Hamid Gorji *, Mohammad Reza Shabgard, Salman Nourouzi Pages 91-100
    In this paper, considering the importance of surface integrity, effect of ultrasonic vibration of the Monel 400 electrode with a frequency of 20 kHz on the output parameters of the aluminum surface properties (surface hardness and wear resistance, thickness of the surface layer, the depth of copper and nickel diffusion to the aluminum surface and surface roughness) by the method of electrical discharge surface alloying has been studied. Based on the results of the SEM images, the surface layer thickness in the combination of ultrasonic vibration with the electrical discharge alloying process is more than the non-vibration mode. Therefore, increasing the thickness of this layer increases the surface wear resistance. Also, the microhardness test results show that surface hardness of the aluminum has increased to 450 vickers after the combination of ultrasonic vibration with the alloying process. According to the results of EDX analysis, the diffusion depth of alloying elements (copper and nickel) is higher in ultrasonic electrical discharge alloying, So that the surface layer thickness is up to 50 microns. Also, based on the results of surface roughness measuring, ultrasonic vibrations reduce the aluminum surface roughness after surface alloying.
    Keywords: Surface alloying, electrical discharge, ultrasonic vibration, Aluminum, Monel 400
  • Mohammad Shafiei Alavijeh, Hossein Amirabadi * Pages 101-110
    Lapping process is one of the most important polishing processes in order to achieve a flat surface. In this paper, effects of parameters such as abrasive particle size, abrasive particles concentration in slurry, and lapping pressure on material removal rate, flatness and surface roughness were investigated in single sided lapping of flat workpieces made of 440c steel. To conduct experiments, Lapmaster 15 lapping machine has been exerted. The most important problem in lapping process is the low material removal rate which cause increase cost and production time. Therefore, in the lapping process, the selection of conditions that in addition to the production of pieces with geometric accuracy and surface roughness needed have a high material removal rate, is very important. In this paper, for the first time, the material removal rate, surface roughness and flatness lapped pieces have been optimized using non-dominated sorting genetic algorithm II (NSGA II) and, the Pareto optimal solutions were obtained. The results show that NSGA II is a useful and powerful tool for optimizing the material removal rate, surface roughness and flatness lapped pieces. Using this optimization algorithm, pieces with surface roughness and flatness requirements can be produced at high material removal rate. As a result, with this optimization algorithm, in addition to creating optimal quality parts, the production cost and time are reduced.
    Keywords: Multi-objective optimization, genetic algorithm, single sided lapping of flat workpieces, 440c steel, non-dominated sorting
  • Aziz Shokri, Javad Akbari * Pages 111-120
    The static deflection of the machine tool and thus the displacement of the tool due to the high machining forces is the most important factor in reducing the dimensional accuracy of the workpiece. Also, the overlap of the frequency range of operation with the machine natural frequencies causes an undesirable resonance phenomenon. Reducing the strain energy of the column and thus reducing the displacement of the tooltip, and increasing the first natural frequency of the milling machine, given that the frequency range of operating is below the first natural frequency, is a desirable change that can be achieved by optimizing the distribution of the wall thickness of the column and the arrangement of the internal rib stiffeners. In this paper, a method based on sensitivity analysis was presented to optimize the arrangement of rib stiffeners connected to plate and shell structures. In each step of optimization, by establishing a loop of relationship between MATLAB and ABAQUS software and based on the sensitivity analysis performed by the finite element solver, the stiffeners that have the greatest impact in optimizing the objective function are added to the design space. After optimizing the distribution of the wall thickness of the column using the ABAQUS software size optimization module, the method presented in this paper was used to optimize the arrangement of internal rib stiffeners. Ultimately, despite a 0.5% reduction in the weight of the column, the maximum displacement of the machine tool decreased by 6.9% and the first natural frequency increased by 16.5%.
    Keywords: Static deflection, resonance phenomenon, optimizing the arrangement of stiffeners, Sensitivity analysis, milling machine column
  • Maryam Akbari, Asal Hosseini Monazzah * Pages 121-130
    Two specific characteristics of grey cast iron, i.e. good machinability, as well as, high vibration damping, results in widespread applications in industry. In this research the grey cast iron powder which is fabricated via machining was utilized as raw material for producing foams. The porous structures were manufactured by powder metallurgy method were subjected under two major industrial destructive processes, i.e., corrosion and vibration, in a continuous and parallel manner. To demonstrate the degradation potency and comparison of these two destructive factors, changes in the porosity phase orientation as a result of energy absorption was measured. It was found that the amount of energy absorption, which is associated with the most changes in the porosity phase orientation, is depend on porosity volume, the type of destructive processes and the priority of corrosion and vibration. In the case of two vibration and corrosion processes applied successively, the corrosive atmosphere which induced less microstructural changes is the dominant mechanism. If destructive processes are applied in parallel, a sample with a mean value of 42% porosity can absorb the maximum energy, in which vibration is the dominant mechanism for this mode.
    Keywords: Grey cast iron, vibration damping, corrosive atmosphere, orientation of porous phase
  • Mohammad Riahi *, Seyed Mostafa Matloobi, Hamed Sadeghi Pages 131-140
    Reduce the cost of unscheduled shutdown and enhance the reliability of systems, is one of the important goals for various industries that could be achieved by condition monitoring. Cavitation is a common phenomenon in centrifugal pumps which causes the damage and its true identification in early stage is too important and help to increase the life of pump. In this paper cavitation is identified by use of Artificial Immune Net (AIN) that is modeled on the function of the human immune system. For this purpose, first data collection were done by a laboratory setup and various features extracted form vibration and current signals, in next step, feature selection and dimensions reduction were done by artificial immune method, then with AIN method, the system condition was identified. Finally, for comparing the results of this study with other methods, first feature selection and dimensions reduction were down by the PCA method then fault detection were down by nonlinear supportive vector machine (SVM), multi-layer artificial neural network (MLP), K-means and FCM methods with features of PCA and AIN methods. The results shown that AIN methods have more precise than other methods.
    Keywords: Condition monitoring, Cavitation, Artificial Immune Net, ClonalG
  • Seyed Nader Ameli Kalkhoran *, Mehrdad Vahdati, Jiwang Yan Pages 141-150
    Ultra-precision machining is an advanced method for production of materials with nanoscale surface roughness. It is widely used in the manufacturing of precision components for defense, aerospace, optics, and electronics industries. For this feature, only a few industrial countries have access to this technology. Due to the high precision of this technology, many factors can affect the final surface quality. Machine components, machining conditions, tool geometry and material, environmental condition, workpiece material as well as vibration, are among the factors that are reviewed in this article. Afterwards, the effect of cutting depth on machining mechanism and surface quality is investigated using molecular dynamics investigation. The results revealed that when the ratio of cutting depth to tool edge radius becomes lower than 0.5, the effective rake angle would be bigger than the nominal rake angle. Furthermore, under this condition, the dominant machining mechanism is extrusion, which is different from the micro cutting mechanism. Finally, a series of experiments was conducted to study the impact of the undeformed chip thickness on the chip morphology and surface topography. For this purpose, Field Emission Scanning Electron Microscopy, 2D ultra-precision point autofocus probe as well as white light interferometer were exploited. The results indicated that at the lower relative tool sharpness, chip tearing occurs. Besides, by increasing this parameter to 100nm, silicon nano-ribbons is created.
    Keywords: Ultra-precision machining, diamond turning, Surface roughness, single-crystal silicon, Molecular Dynamics Simulation