فهرست مطالب

مهندسی ساخت و تولید ایران - سال هفتم شماره 6 (شهریور 1399)

مجله مهندسی ساخت و تولید ایران
سال هفتم شماره 6 (شهریور 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/05/13
  • تعداد عناوین: 6
|
  • پیمان فلک، ایمان ابراهیم زاده* صفحات 1-7
    روش تف جوشی جرقه پلاسمایی به عنوان روشی کارآمد در تولید مواد نانوساختار فلزی مطرح است. در این فرایند عموما از قالب گرافیتی استفاده می گردد. محدودیت استفاده از قالب گرافیتی حداکثر فشار قابل اعمال (MPa 100) در فرایند است. در این تحقیق اثر نوع قالب (قالب گرافیتی با فشار MPa 40 و قالب اینکونل با فشار MPa 250) بر ریزساختار و خواص نقره نانوساختار در فرایند تف جوشی جرقه پلاسمایی مورد ارزیابی قرار گرفته است. پودر اولیه با استفاده از دو قالب و فشار متفاوت به قطعات بالک نانوساختار نقره تبدیل گردید. تغییرات اندازه کریستالیت پودر و بالک ها، درصد نابجایی ها و کرنش شبکه قطعات نانوساختار نقره با استفاده از نتایج پراش پرتو ایکس محاسبه گردید. همچنین ریزساختار و ریزسختی نمونه ها به ترتیب با استفاده از FESEM و ریزسختی سنجی بررسی شد. در انتها رفتار تغییرشگل گرم نمونه بهینه در دمای بالا مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشانگر افزایش اندازه کریستالیت به میزان 6 درصد در نمونه تهیه شده با قالب گرافیتی و فشار MPa 40 و کاهش اندازه کریستالیت به میزان 53 درصد در نمونه تهیه شده در قالب اینکونل با فشار MPa 250 است.تغییر در نوع قالب و فشار اعمالی اثر چندانی روی دانسیته نمونه های بالک نداشته ولی سختی نمونه در شرایط قالب اینکونلی افزایش 40 درصدی نسبت به نمونه تهیه شده در قالب گرافیتی نشان میهد. نتایح آزمون فشار روی نمونه بهینه در دمای بالا نشانگر رفتار سوپرپلاستیک این آلیاژ نانوساختار است.
    کلیدواژگان: نقره نانوساختار، تف جوشی جرقه پلاسمایی، قالب گرافیتی، قالب اینکونل
  • رضا حمزه لو*، بهنام آخوندی، مرتضی فاتحی صفحات 8-17
    خوردگی، نوعی تخریب غیرقابل برگشت فلز توسط واکنش شیمیایی یا الکتروشیمیایی با محیط اطراف آن است. از بین رفتن مواد ناشی از خوردگی در سازه های فلزی یک مشکل گسترده و فوری در صنایع مختلف ازجمله نفت و گاز، هوافضا، ساخت وساز، معدن و تولید است. لوله های مورداستفاده در صنایع نفت و گاز و همچنین لوله های آلومینیومی مورداستفاده به منظور انتقال حرارت در سیستم های سردکننده در معرض خوردگی قرار دارند. ازاین رو، بررسی و تشخیص خوردگی که آسیبی پیش رونده می باشد به صورت کیفی و کمی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این پژوهش از روش نوین اندازه گیری امپدانس الکترومکانیکی برای تشخیص خوردگی در داخل یک لوله آلومینیومی استفاده شده است. وجود عیب و یا تغییر در یکپارچگی سازه باعث تغییر در امپدانس مکانیکی سازه شده و با توجه به خواص کوپلینگ الکترومکانیکی پیزوالکتریک، این تغییر به صورت تغییر در امپدانس الکتریکی پیزوالکتریک نشان داده می شود. برای این تحقیق، مقطع خوردگی دایره ای با ایزولاسیون محیط اطراف در جدار داخلی لوله توسط محلول اسید خورنده در طی بازه زمانی 180 دقیقه تا سوراخ شدن لوله ایجاد شد. اندازه گیری طیف امپدانس در بازه 10 تا 20 کیلوهرتز به منظور پایش تغییرات طیف امپدانس در اثر پیشرفت خوردگی هر 20 دقیقه انجام گرفت که با مقایسه شکل امپدانس در هر مرحله باحالت سالم، در فرکانس های تشدید و دامنه در طیف امپدانس تغییراتی مشاهده و به صورت کمی توسط معیار آسیب استخراج گشت. نتایج تجربی حاصل از معیار آسیب اسکالر به خوبی و به صورت خطی با افزایش عمق خوردگی افزایش یافت که بیانگر کارایی این روش در تشخیص بلادرنگ آسیب ناشی از خوردگی در لوله می باشد.
    کلیدواژگان: پایش سلامتی سازه، خوردگی، امپدانس الکترومکانیکی، پیزوالکتریک، لوله
  • پدرام زمانی، عبدالرحمان جامی الاحمدی* صفحات 18-32
    اتصالات چسبی با امکان اتصال مواد غیر هم جنس، در صنایع خودروسازی، هوایی و توربین بادی کاربرد گسترده ای پیدا کرده اند. شناسایی عوامل موثر بر بهبود ظرفیت تحمل بار و عمر این اتصالات، کیفیت چسبندگی سطوح و انتخاب روش مناسب، حایز اهمیت است. در این مقاله، اثر دو عامل آماده سازی سطحی و سه روش پخت بر بارگذاری شبه استاتیک و عمر خستگی اتصالات لبه ای چسبی فلزی، فلزی-کامپوزیتی و کامپوزیتی تحت بارگذاری خمش چهار نقطه ای بررسی شده است. در آماده سازی سطحی، روش-های مکانیکی سنباده زنی و شیمیایی زبری سازی با محلول اسید سولفوریک-دی کرومات سدیم انتخاب شده اند، و روش های پخت بدون پسا-پخت، پسا-پخت با سرد کردن تدریجی، و پسا-پخت با سرد کردن سریع بررسی شدند. نتایج نشان دادند که در شرایط آماده سازی یکسان، نیروی بیشینه شبه استاتیک در اتصال فلز-کامپوزیتی و کمینه آن در اتصال فلزی است. در روش آماده سازی مکانیکی، میزان نیروی شبه استاتیک و عمر خستگی نسبت به روش شیمیایی افزایش یافته و هم چنین در مورد اثر آماده سازی سطح در شرایط پخت مختلف بحث شده است. به علاوه، نیروی بیشینه شبه استاتیک در اتصال فلز-کامپوزیتی وابستگی کم تری به سرد کردن پس از پسا-پخت نسبت به اتصال فلزی داشته و در اتصال کامپوزیتی کاملا به روش پخت وابسته است. سرد کردن تدریجی پس از پسا-پخت عمر خستگی اتصالات فلز-کامپوزیتی را بهبود می بخشد و نیروی بیشینه شبه استاتیک و عمر خستگی در اتصال فلز-کامپوزیتی نسبت به سایر اتصالات بیشتر هستند. با بررسی سطوح واماندگی مشاهده شد که با اعمال پسا-پخت برای اتصال فلز-کامپوزیتی، وضعیت واماندگی به نوع واماندگی در چسب تبدیل شده و این بهبود می تواند در ترمیم اتصال مفید باشد.
    کلیدواژگان: اتصال لبه ای چسبی، آزمون خمش چهار نقطه ای، روش آماده سازی سطحی، روش پخت، عمر خستگی اتصال
  • علی نصیری، امیر عطریان* صفحات 34-43
    امروزه استفاده از جاذب های جدارنازک در کاربردهای مختلف گسترش روز افزونی داشته است. مطالعات زیادی برای بهینه سازی رفتار و عملکرد این اجزاء انجام شده است که از جمله می توان به افزودن محرکهای هندسی به این سازه ها اشاره نمود. در این پژوهش، تاثیر محرکهای هندسی بر رفتار تغییر شکلی و جذب انرژی نمونه-های کشش عمیق شده سه لایه ای آلومینیوم/ پلی پروپیلن/ فولاد مورد مطالعه قرار گرفت. بدین منظور نخست، ورق ساندویچی از دو ورق فلزی (آلومینیومی و فولادی) به عنوان پوسته و یک ورق پلی پروپیلنی به عنوان هسته ساخته شد. این سه لایه به کمک یک چسب گرانولی پلیمری در بین لایه ها و با بهره گیری از روش پرس گرم، به هم متصل شده و ورق ساندویچی سه لایه ای با دو ضخامت متفاوت برای هسته پلیمری را تشکیل دادند. ورق سه لایه ای سپس تحت فرآیند کشش عمیق قرار گرفت و به فنجان های کشش عمیق شده سه لایه ای با عمق کشش قابل قبول برای انجام آزمون های لهیدگی جذب انرژی، تبدیل گردید. آزمون لهیدگی شبه استاتیک به منظور تعیین میزان جذب انرژی بر روی نمونه ها انجام پذیرفت و تاثیر پارامترهایی نظیر ضخامت لایه پلیمری و محرک هایی مانند حفره و شکاف بر روی بدنه نمونه بر روی میزان انرژی جذب شده مورد بررسی قرار گرفت. نتایج تجربی نشان می دهد که افزایش ضخامت لایه پلیمری از 1 به 2 میلی متر موجب افزایش ظرفیت جذب انرژی در حدود 6% می شود. علاوه بر این، ایجاد محرک به شکل شکاف و با زاویه 45 درجه در دیواره نمونه ها، میزان جذب انرژی را تا حدود 8% افزایش میدهد.
    کلیدواژگان: ورقهای ساندویچی، آلومینیوم، فولاد، کشش عمیق، جذب انرژی
  • محمدرضا کارآموز، حسین رحمانی*، حامد خسروی صفحات 44-55
    امروزه کامپوزیت ها به دلیل داشتن نسبت استحکام به وزن بسیار بالا در مقایسه با فلزات، کاربرد های بسیار زیادی در صنایع هوافضا، خودرو سازی، ساختمان سازی و... پیدا کرده اند. یکی از بزرگترین چالش ها و مسایل مورد توجه رفتار این مواد در مقابل بارهای ضربه ای می باشد. در این پژوهش اثر فرآیند ضربه کم سرعت روی کامپوزیت های هیبریدی لایه ای بررسی شده است. کامپوزیت ها از جنس کولار-بازالت و به روش لایه گذاری دستی ساخته شدند. نمونه های ساخته شده در شش نوع مختلف لایه چینی شامل هیبرید نشده، هیبرید یکی درمیان و هیبرید ساندویچی بودند. کلیه ی نمونه ها دارای 13 لایه و ضخامت تقریبا یکسان بودند. جهت بررسی رفتار تجربی نمونه های کامپوزیتی از آزمون ضربه وزنه افتان استفاده شد. آزمون ضربه با مقدار انرژی 40 ژول به انجام رسید. این کار جهت مقایسه تخریب لایه چینی های مختلف و انتخاب بهترین و به نوعی مقاوم ترین نوع لایه چینی صورت گرفت. همه ی این آزمایش ها در نرم افزار المان محدود آباکوس مدلسازی شده و مورد تحلیل قرار گرفت. در پایان نتایج تجربی و عددی مقایسه و میزان خطای خروجی آن ها بدست آورده شد. نتیجه کلی گرفته شده نشان دهنده آن است که هیبرید کردن کامپوزیت ها تاثیر بسیار خوبی در خواص ضربه آن ها دارد. مقدار انرژی جذب شده در نمونه هایی که بصورت یکی در میان هیبرید شده اند از هر حالت دیگری بیشتر است
    کلیدواژگان: کامپوزیت هیبریدی، لایه چینی، آزمون ضربه کم سرعت، انرژی جذب شده
  • علیرضا مسیبی، احسان شکوری*، بابک منافی صفحات 56-64
    کفش به منظور محافظت از پای انسان در برابر نیروهای وارده از سوی زمین در فعالیت های روزانه مورد استفاده قرار می گیرد. یکی از مهم ترین قسمت های کفش که نیروهای وارده را به خود جذب می کند، زیره ی آن است. هدف تحقیق حاضر بررسی کارایی سه جنس متفاوت در ساخت زیره ی کفش است. بدین منظور زیره هایی از جنس های لاستیک استایرن بوتادین، پلی اورتان و پلی وینیل کلراید با هندسه مشابه و فاقد آج ساخته شدند و توسط سیستم پدار آزمایش گردیدند تا فشاری که به کف پا توسط هر زیره منتقل می شود، تعیین گردد. علاوه بر این، هر 3 ماده توسط آزمون های خستگی، سختی سنجی و فشار تک محوره مورد آزمایش قرار گرفتند و پس از مدل سازی، توسط نرم-افزار المان محدود مورد تحلیل قرار گرفتند. نتایج سیستم پدار نشان داد که در حالت استاتیکی و دینامیکی، زیره کفش از جنس های PVC، SBR و PU به طور متوسط تقریبا فشار را به ترتیب 44%، 65%، و 59% نسبت به حالت پابرهنه کاهش می دهند. نتایج تحلیل المان محدود نیز نشان دادند که SBR در تنش (در حالت استاتیکی و دینامیکی) و کرنش (در حالت استاتیکی و دینامیکی) به طور متوسط به ترتیب 06/39% و 75/98% عملکرد بهتری نسبت به PVC دارد. نتایج تحلیل المان محدود نیز نشان دادند که SBR در تنش (حالت های استاتیکی و دینامیکی) و کرنش (حالت های استاتیکی و دینامیکی) به طور متوسط به ترتیب 45/3% و 5/8% عملکرد بهتری نسبت به PU دارد. نتایج تحقیق حاضر نشان دادند که برای ساخت زیره کفش باید از زیره های چند لایه استفاده شود تا بتوان به طور هم زمان از خواص مثبت چندین مواد بهره برد.
    کلیدواژگان: زیره کفش، فشار کف پا، سیستم پدار، تحلیل المان محدود
|
  • Peyman Falak, Iman Ebrahimzadeh * Pages 1-7
    Plasma spark sintering is an effective method for producing nanostructured metal materials. In this process, a graphite die is usually used. The limitation of graphite die is using this die at higher pressure of 100 MPa. In this research, the simultaneous effect of the pressure and type of die (graphite die with a pressure of 40 MPa and Inconel die with a pressure of 250 MPa) on the microstructure and the properties of nanostructured silver in the spark plasma sintering process were evaluated. The first nanostructured powder with a 47nm crystallite was transformed into two nanoscale silver pieces using two different dies and pressures. Changes in the crystallite size of the powder and the bulks, the percentage of dislocations and the strain of the nanostructured silver bulks were calculated using the X-ray diffraction results. Microstructure and micro hardness of samples were also investigated using FESEM and micro hardness tests, respectively.The results indicate that the increase in crystallite size was 6% in a specimen prepared with a graphite die and 40 MPa pressure and reduce 53% in a crystallite size of a sample prepared in an Inconel die with a pressure of 250 MPa. The change in the type of mold and the applied pressure has no effect on the density of the bulk samples, but the hardness of the sample in the case of Inconel die conditions is increased by 40% compared to the sample prepared in graphite die.High temperature pressure tests show superplasticity behavior nanostructured silver at high temperature.
    Keywords: Nanostructured silver, Spark Plasma Sintering, graphite die, Inconel die
  • Reza Hamzeloo *, Behnam Akhoundi, Morteza Fatehi Pages 8-17
    Corrosion is a type of irreversible destruction of a metal by chemical or electrochemical reaction with ambient. The loss of materials caused by corrosion in metallic structures is a widespread and urgent problem in various industries including petroleum, gas, aerospace, construction, mining, and manufacturing. Pipes used in the oil and gas industry as well as aluminum pipes used for heat transfer in cooling systems are subject to corrosion. Therefore, the evaluation and detection of corrosion, progressive damage, is of particular importance both qualitatively and quantitatively. In this study, a new electromechanical impedance measurement method was used to detect corrosion inside an aluminum tube. Defects or changes in the structure integrity cause changes in the mechanical impedance of the structure which shown as the alteration in the piezoelectric electrical impedance, due to the piezoelectric coupling characteristics. For this study, a circular corrosion cross-section with insulation of the surrounding environment on the inner wall of the tube was created by the corrosive acid solution in a period of 180 minutes until the tube was pierced. Measurement of impedance spectrum in the range of 10-20 kHz was performed to monitor changes in impedance shape as a result of corrosion progress in steps of 20 minutes. Comparing the impedance spectrum at each step with healthy state, changes in amplitude and resonance frequencies revealed and extracted quantitatively. Experimental results from the scalar damage criteria increased linearly with increasing corrosion depth, indicating the effectiveness of this method in real-time detection of corrosion damage in the pipe.
    Keywords: structural health monitoring, corrosion, Electromechanical Impedance, Piezoelectric, Pipe
  • Pedram Zamani, Abdolrahman Jaamialahmadi * Pages 18-32
    Bonded joints are widely used in industries such as automotive, wind turbine blade, and aircraft because of their ability to adhere dissimilar materials. It is significant to study manufacturing factors such as surface preparation and curing procedures in order to improve load carrying capacity and durability of the joint. In this paper, the influences of these procedures are investigated on the strength of metal-to-metal, metal-to-composite, and composite-to-composite bonded lap joints subjected to quasi-static and fatigue four-point bending tests. Sandpapering and acid-etching are selected as mechanical and chemical surface preparation methods, and three curing procedures of no post-cure, post-curing with gradual, and sudden cooling are applied. Results showed that, for similar conditions, metal-to-composite and metallic joints achieved the highest and lowest values of maximum quasi-static loads, respectively. Besides, for all joints types, mechanical surface preparation method achieved higher maximum quasi-static load and fatigue life in compare to chemical one. Maximum quasi-static load in the metal-to-composite joint showed less dependency to gradual cooling than with metallic one, and in the composite joint depends strongly to curing procedure. It is also revealed that fatigue life of the metal-to-composite joints improved for gradual cooling after post-curing. Finally, it is concluded that the metal-to-composite joints have superior quasi-static and fatigue behavior in compare with others, and the mechanical surface treatment and second curing procedure are suitable. Microscopic observations of failure surfaces showed that the metal-to-composite joints led to the cohesive failure mode which is appropriate for future repairing purposes of a bonded joint
    Keywords: Adhesive lap joint, Four-point bending test, Surface preparation, Curing procedure, Fatigue life
  • Ali Nassiri, Amir Atrian * Pages 34-43
    Nowadays, thin-walled energy absorbers have been widely used in different industrial applications. Many studies have also been performed to optimize behavior and application of such elements with geometrical triggers. In this paper, the effect of geometrical triggers on deformation and energy absorption of three-layer Al/Polypropylene/Steel deep drawn samples is investigated. To this end, the sandwich panel from two metal sheets of Steel and Aluminum as the skins and a Polypropylene layer as the core was fabricated. These three layers were bonded to each other applying a polymeric granular cohesive and under hot pressing technique to produce three-layer sandwich panels with two different core thicknesses. The sandwich panels were then deep drawn and converted to three-layer cups for crushing energy absorption tests. The quasi-static crushing tests were performed to evaluate the absorbed energy in fabricated samples. These tests were also done in order to studying the effects of core thickness and geometrical triggers (like notch and hole) on the samples body on the absorbed energy. The results show that increasing the core thickness from 1 to 2 mm enhances the capacity of energy absorption by about 6%. In addition, notch triggers with 45 degree in the samples wall could increase the energy absorption up to 8%.
    Keywords: Sandwich panels, Aluminum, Steel, Deep drawing, Energy absorption
  • Mohammadreza Karamooz, Hossein Rahmani *, Hamed Khosravi Pages 44-55
    Composite materials are used widely in military, nuclear, vehicle, and aerospace industries because of the high strength-to-weight ratio. One of the biggest challenges about these materials is the behavior of them under impact or high strain rate loadings. In this research, the effect of the low-velocity impact on the hybrid-laminated Kevlar-Basalt composites is investigated. These composites plates are made by Hand-layup method. The samples made of six type of stacking sequence contains sandwich hybrid, intercalated and not hybrid. All of the samples have 13 layers and same thickness. To apply an impact load to specimens, Drop-weight test setup is used. The experimental tests have been done for 40J applied energy. The aim of this research is to comparison the destruction rate of the different samples and select the best and most resistance one. In addition to experiential testing, all specimens are simulated in finite element software ABAQUS and have been analyzed. At the end, experimental and numerical results are compared. The results show that the composite hybridization has very excellent effect on their impact properties. The absorbed energy of the samples that have hybridized with intercalated configuration is more than other samples.
    Keywords: Hybrid composite, Stacking sequence, Low-velocity impact test, Absorbed Energy
  • Alireza Mossayebi, Ehsan Shakouri *, Babak Manafi Pages 56-64
    Shoes are used in daily activities to protect the human foot against applied forces from the ground. One of the most important parts of shoes which absorb the incoming forces is the outsole. The aim of the present research is to investigate the efficiency of three different materials in fabricating outsoles. Outsoles made of styrene butadiene rubber (SBR), polyurethane (PU), and polyvinyl chloride (PVC) were fabricated with the same geometry and without shoe treads. Then, they were tested by the PEDAR system in order to determine the plantar pressure exerted by each outsole, and they were also tested in terms of fatigue, hardness, and uniaxial compression tests, and after the modeling they were analyzed by finite element method (FEM) software. In static and dynamic states, the outsole made of PVC, SBR, and PU reduces the pressure by 44%, 65%, and 59%, respectively on average compared to barefoot posture. SBR in stress (in static and dynamic states) and strain (in static and dynamic states) have 39.06% and 98.75% better performance on average respectively compared to PVC. In addition, SBR outperformed PU in stress (in static and dynamic states) and strain (in static and dynamic states) by 3.45% and 8.5% respectively. To fabricate outsoles, multilayer outsoles should be used in order to concurrently benefit from the positive characteristics of several materials.
    Keywords: Outsole, Plantar pressure, PEDAR system, FEM ANALYSIS