فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال بیست و یکم شماره 10 (مهر 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/06/08
  • تعداد عناوین: 6
|
  • علیرضا بارانی، پیمان مصدق*، شقایق حق جوی جوانمرد، شاهرخ سپهری رهنما صفحات 651-660

    امروزه تحقیقات در استفاده از میکروکانال های آکوستوفلویدیکی در جداسازی میکروذرات و سلول ها رو به گسترش است. برای استفاده بهینه از انرژی صوتی، این میکروکانال ها باید از نظر ابعادی به درستی طراحی و ساخته شود. در این مقاله نحوه طراحی و ساخت میکروکانال های آکوستوفلویدیکی شرح داده شده و در ادامه یک میکروکانال آکوستوفلویدیکی فلزی دو گره ای طراحی و ساخته شده است. به منظور ارایه روشی ارزان و قابل اعتماد، این میکروکانال از جنس آلومینیوم و با ماشین فرز CNC سه محور ساخته شد. سپس به منظور بررسی عملکرد میکروکانال از نظر آکوستوفلویدیکی، آزمایش هایی برای بررسی قابلیت آن در آوردن ذرات شناور در خون انسان (مانند گلبول های سفید و قرمز) و سلول های BT-20 محلول در PBS به محل گره های موج انجام شد و نشان داده شد که روش طراحی و ساخت بکار گرفته شده مناسب برای میکروکانال های آکوستوفلویدیکی است. همچنین از آنجا که استهلاک امواج صوتی در میکروکانال، موجب افزایش دمای سیال و آسیب به سلول ها می شود، افزایش دما در این میکروکانال بررسی و نشان داده شد که طراحی صحیح و استفاده از فلزات با ضریب انتقال حرارت بالا در ساخت میکروکانال می تواند از افزایش دما به مقداری که سلول ها آسیب ببینند جلوگیری کند.

    کلیدواژگان: آکوستوفلویدیک، میکروفلویدیک، میکروکانال، موج صوتی، جداسازی
  • محمد افتخاری، قادر فرجی*، مصطفی بهرامی صفحات 661-672

    در پژوهش حاضر، روش جدیدی به نام فرآیند اکسترود شدن فشاری تناوبی هیدرواستاتیک لوله، معرفی شده است که با بهره گیری از سیال تحت فشار و نیز با نیروی مناسب پرس، علاوه بر این که قابلیت تغییرشکل پلاستیک شدید و بهبود ریزساختار و خواص مکانیکی قطعات لوله ای شکل را دارد بلکه پتانسیل تولید لوله هایی با طول نسبتا بلند را نیز دارا می باشد. در این پژوهش، با انجام آزمون های تجربی معین، خواص ریزساختاری و خواص مکانیکی لوله هایی از جنس مس خالص که مورد انجام فرآیند اکسترود شدن فشاری تناوبی هیدرواستاتیک واقع شده بودند، مورد مطالعه قرار گرفت. مشاهدات حاکی از آن بود که این فرآیند با موفقیت بر روی مس خالص انجام گرفت و خواص ریزساختاری و خواص مکانیکی آن، بهبود قابل توجهی پیدا کرد. برای مثال، پس از انجام این فرآیند، استحکام نهایی مس، 57/1 برابر، استحکام تسلیم، 85/1 برابر و سختی، 86/1 برابر شد و نیز افت داکتیلیتی پایینی مشاهده گردید. همچنین، پس از انجام این فرایند، ساختاری با سلول های فوق ریز با اندازه ی میانگین در حدود 990 نانومتر ایجاد شد. این در حالی بود که میانگین اندازه ی دانه برای لوله ی فرآیند نشده در حدود 40 میکرومتر بود. روال تشکیل ریزساختار مشاهده شده، عبارت است از: تولید چگالی زیادی از نابه جایی ها، برخورد نابه جایی ها به هم و تشکیل ساختارهای در هم تنیده شده ، آرایش گرفتن نابه جایی ها و تشکیل مرزهای کم-زاویه و سپس تشکیل سلول ها به منظور تقلیل انرژی کرنش، ایجاد نابه جایی های جدید و حرکت آن ها به سوی مرز ها.

    کلیدواژگان: تغییر شکل پلاستیک شدید، لوله، مس خالص، خواص مکانیکی، فوق ریزدانه
  • مجتبی قمری زاده، حسین خدارحمی*، توحید میرزابابای مستوفی صفحات 673-683

    ورق های ساندویچی سازه های مورد توجهی برای جذب انرژی انفجار و استفاده به عنوان سپر انفجار می باشند. لهیدگی و تغییر شکل پلاستیک هسته به همراه خمش پلاستیک رویه های ورق ساندویچی مهم ترین عوامل جذب انرژی انفجار در این سازه ها می باشند. اجزا سازه پس از انفجار و جذب انرژی دچار تغییر شکل دایمی  می شوند. در این مقاله به روش تحلیلی، عددی و تجربی جذب انرژی اجزاء مختلف و تغییر شکل ورق های ساندویچی مدور فلزی با هسته لوله ای تحت بار انفجار بررسی شده است. چیدمان لوله های هسته دارای ترکیب شعاعی غیرهمرس است و به شکل منظمی در هسته تعبیه شده اند. آزمایش تجربی با ساخت ورق ساندویچی به روش انفجار آزاد و به منظور ارزیابی و صحت سنجی نتایج تحلیلی و عددی انجام شده است. حل تحلیلی به کمک روش انرژی و از تعادل انرژی جنبشی و کار پلاستیک انجام شده به وسیله اجزاء مختلف سازه ، انجام شده است. حل عددی در نرم افزار اجزاء محدود ABAQUS  انجام شده است و تابع فشار به روش CONWEP تولید شده است. خیز سازه و میزان انرژی جذب شده توسط سازه و بخش های مختلف آن به دست آمده است. انطباق خوبی بین نتایج به روش های مختلف وجود دارد.

    کلیدواژگان: پاسخ دینامیکی، بار انفجار، ورق ساندویچ، هسته لوله ای
  • فرزاد جماعتی، حامد ادیبی*، عبدالرضا رحیمی صفحات 685-692

    فرآیند سنگ زنی یکی از مهم ترین و پرکاربردترین فرآیندهای ماشینکاری جهت رسیدن به کیفیت سطح و دقت ابعادی مطلوب می باشد. از آنجایی که در فرآیند سنگ زنی، ضخامت براده تغییر شکل نیافته یک مقدار ثابت نبوده و برای هر دانه ساینده به طور مستقل و لحظه ای در حال تغییر می باشد، لذا تعیین دقیق ضخامت براده تغییر شکل نیافته لحظه ای جهت مشخص کردن نیروهای سنگ زنی و همچنین توپوگرافی سطح سنگ زنی شده از اهمیت بالایی برخوردار است. مطالعات پیشین در زمینه نیروهای سنگ زنی عمدتا بدون توجه به نوع میکرومکانیزم های بین دانه ساینده و قطعه کار استوار بود، از طرف دیگر با تعیین مقدار متوسط برای ضخامت براده تغییر شکل نیافته فقط مقادیر متوسط نیروهای سنگ زنی قابل محاسبه بود. در این پژوهش برای تعیین ضخامت براده تغییر شکل نیافته لحظه ای و به دنبال آن نیروهای سنگ زنی، یک مدل تحلیلی جدید با رویکرد آنالیز سینماتیکی-هندسی مسیر دانه های ساینده ارایه شده است. این مدل، اجزای تشکیل دهنده نیروهای عمودی و مماسی سنگ زنی (شامل نیروهای لغزش، شخم و برش) را به طور جزیی و دقیق بر اساس ضخامت براده تغییر شکل نیافته لحظه ای حاصل از آنالیز سینماتیکی حرکت دانه ساینده و همچنین بر اساس میکرو مکانیزم های براده برداری بین دانه ساینده و قطعه کار پیش بینی می کند. در پایان آزمایش های تجربی، جهت صحت سنجی مدل تیوری صورت پذیرفت.

    کلیدواژگان: ضخامت براده جدا نشده لحظه ای، مدلسازی تحلیلی، میکرومکانیزم های براده برداری، نیروهای سنگ زنی
  • احمد بدرام* صفحات 693-705

    در این پژوهش، شکست نامتقارن قطره ی با سیال غیرنیوتنی (با رفتار توانی) در یک هندسه ی جدید (اتصال شبکه ای) مورد بررسی قرار گرفته است. هندسه ی مذکور می تواند یک قطره ی اولیه را به شش قطره با اندازه های مختلف تبدیل نماید. روش پژوهش، شبیه سازی عددی به روش Volume Of Fluid (VOF) است. نتایج عددی با نتایج یک مسئله ی مبنا مقایسه و تطابق بسیار خوبی مشاهده شده است. نتایج نشان داد که در نواحی نزدیک به دیواره، اختلاط مواد داخل قطره بهتر انجام می شود که این موضوع در کاربردهای صنعتی جریان های قطره ای به ویژه در صنایع داروسازی و شیمیایی، دارای اهمیت است. نتایج نشان داد که بیشترین اندازه ی گردابی در شاخه ی K1 (پایین ترین شاخه ی خروجی در سیستم) به ترتیب 26 و 44 و 28 درصد بیشتر از بیشترین اندازه ی گردابی در شاخه های K2 و K3 و K4 است (K4 بالاترین شاخه ی خروجی در سیستم است). همچنین بیشترین لزجت موثر در شاخه ی K1 به ترتیب 27 و 29 و 24 درصد کمتر از بیشترین لزجت موثر در شاخه های K2، K3 و K4 است. بنابراین بهترین عملکرد در اختلاط مواد داخل قطره در شاخه های خروجی مربوط به شاخه ی K1 است. همچنین مشخص شد که فشار داخل قطره (هم قبل و هم بعد از شکست) در راستای عرض کانال ثابت است.

    کلیدواژگان: قطره، سیال غیرنیوتنی، شکست، اتصال شبکه ای، حل عددی، VOF
  • داوود یوسفی، رضا تقی آبادی*، محمدحسین شاعری صفحات 707-718

    هدف از انجام تحقیق حاضر، بررسی تاثیر بهسازی شیمیایی توسط تیتانیم و فرایند فورج چند جهته (MDF)، بر ریزساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت SiP/ZA22 حاوی 4 و 8 درصد وزنی سیلیسیم است. فرآیند فورج در دمای 100 درجه سانتیگراد انجام شد و نمونه ها در معرض دو و پنج پاس MDF قرار گرفتند. بر اساس نتایج، بهسازی کامپوزیت توسط تیتانیم موجب ظریف شدن شبکه دندریتی درشت اولیه، کاهش ابعاد ذرات سیلیسیم اولیه (SiP) و کاهش اندازه دانه آن می شود. فرایند MDF نیز ضمن حذف تدریجی ساختار دندریتی، موجب کاهش ابعاد و توزیع ظریف ذرات SiP و تخلخل ها در ریزساختار می شود. بر اساس نتایج آنالیز تصویری، در کامپوزیت های حاوی 4 و 8 درصد وزنی سیلیسیم، اندازه متوسط ​​ذرات SiP پس از 5 پاس فورج، از حدود 25 و 30 میکرومتر به ترتیب به حدود 6 و 7 میکرومتر می رسد. نتایج حاصل از خواص مکانیکی نیز حاکی از کار نرمی کامپوزیت ها طی MDF است به گونه ای که سختی و استحکام کششی کامپوزیت پایه پس از 2 پاس MDF به ترتیب حدود 30 و 25 درصد کاهش یافته و درصد ازدیاد طول و چقرمگی آن به ترتیب حدود 120 و 325 درصد افزایش می یابند. حضور ذرات سیلیسیم به حفظ سختی و استحکام کامپوزیت پس از MDF کمک می کند به گونه ای که پس 2 پاس MDF، میزان افت سختی و استحکام کششی کامپوزیت بهسازی شده حاوی 4 درصد وزنی سیلیسیم، به ترتیب حدود 18 و 2 درصد است اما درصد ازدیاد طول و چقرمگی آن به ترتیب حدود 25 و 175 درصد بهبود می یابند.

    کلیدواژگان: آلیاژ Zn-22Al، کامپوزیت، سیلیسیم، تیتانیم، فورج چند جهته، خواص مکانیکی، تغییر شکل پلاستیک شدید
|
  • Alireza Barani, Peiman Mosaddegh*, Shaghayegh Haghjooy Javanmard, Shahrokh Sepehrirahnama Pages 651-660

    These days, investigation on using acoustofluidic microchannels in separation of microparticles and cells is under consideration. Working under optimum efficiency, these microchannels should be designed and manufactured truly. In this work, a new methodology for designing and manufacturing of acoustofluidic microchannels are explained. Then, a metallic microchannel with 2-nodes of pressure wave based on this method was developed. For mass production purpose, a low cost and reliable method which is CNC micromachining is used. Also, to conduct the heat generated by the wave, this microchannel was made out of aluminum and then polishing technique is applied. Then, the performance of this microchannel in agglomerating of human blood cells and BT-20 breast cancer cells to nodal lines was experimentally studied. The results showed that the applied design and manufacturing technique are suitable. Although some tests were performed to find temperature rise of microchannel due to damping effect, it was found that true design method and also using metals with high thermal conductivity can prevent the temperature increase to the point beyond which living cells will be hurt.

    Keywords: acoustofluidics, microfluidics, microchannel, acoustic wave, separation
  • Mohammad Eftekhari, Ghader Faraji*, Mostafa Bahrami Pages 661-672

    In present study, hydrostatic tube cyclic extrusion compression process is introduced as a novel severe plastic deformation process for grain refining and improving mechanical properties of tubular components. Also, this process has the potential to produce relatively long and large tubes. In this process, because of the utilization of pressurized hydraulic fluid between the tube and die, there is nearly no contact friction. This leads to a significant reduction in pressing load. In this research, after applying hydrostatic tube cyclic extrusion compression process on pure copper tube, the microstructure evolution and the mechanical properties improvement were examined. The results denoted that this process was successfully performed on pure copper tube. In this way, the microstructure and mechanical properties were improved significantly. For example, after this process, the ultimate strength of pure copper, the yield strength and the value of hardness became 1.57, 1.85 and 1.86 times higher, respectively, and a low loss of ductility was achieved. Also, after this process, an ultrafine cellular microstructure with average size of about 990 nm were observed. While, the average value of grain size for the unprocessed tube was about 40 μm. The stages of the formation of the observed microstructure are as follows: the creation of a high density of dislocations, the dislocations coalescence with each other and the formation of tangled structures, the formation of ordered arrangements of dislocations and low angle boundaries, the formation of dislocation cells to diminish strain energy, the creation of new dislocations and their movement to boundaries.

    Keywords: Severe plastic deformation, Tube, Pure copper, Mechanical properties, Ultra-fine grain
  • Tohid Mojtaba Ghamarizadeh, Hossein Khodarahmi*, Mirzababaie Mostofi Pages 673-683

    Sandwich panels which can be used as an explosion shield are important structures for absorbing explosion energy. Crushing and plastic deformation of the core with the plastic bending of the faces are the main factors in absorbing the explosion energy in this sandwich panel. Structural components undergo permanent deformation after explosion and energy absorption. In this paper, the energy absorption of the structure and the deformation of circular metal sandwich panels with tubular core under explosion load have been investigated analytically, numerically and experimentally. The tubes are arranged radially and symmetrically in the core constructions. The experiment have been performed by making sandwich panels under free blast load in order to evaluate and validate analytical and numerical results. The analytical solution is performed using the energy method by balancing the kinetic energy and the plastic work which is done by the different components of the sandwich panels. Numerical solution is performed in ABAQUS finite element software and the pressure function is generated by CONWEP method. The amount of energy absorbed by the structure and different parts of it is obtained. There is good agreement between the results in different ways.

    Keywords: Dynamic response, Explosion load, Sandwich panels, Tube core
  • Farzad Jamaati, Hamed Adibi*, A. Rahimi Pages 685-692

    The grinding process is one of the most important and widely used machining processes to achieve the desired surface quality and dimensional accuracy. Since the undeformed chip thickness is not a constant value in the grinding process and is changing independently and momentarily for each abrasive, the determination of the undeformed chip thickness accurately is essential to determine the grinding forces and surface topography of the grinding wheel. Previous studies on grinding forces were mainly regardless of the micro-mechanisms between the abrasive and the workpiece. On the other hand, only the average values ​​of forces could be calculated by determining the average value for undeformed chip thickness. In this study, a new analytical model with the approach of kinematic-geometric analysis of abrasive grain trajectory is presented to determine the undeformed chip thickness and subsequent grinding forces. This model predicts the components of normal and tangential grinding forces (including sliding, plowing, and cutting forces) accurately and in detail based on the instantaneous undeformed chip thickness obtained from the kinematic analysis of abrasive movement and micro-mechanisms between abrasive and the workpiece. In the end, experimental tests were performed to validate the theoretical model.

    Keywords: Instantaneous undeformed chip thickness, Analytical modeling, Micro mechanisms of cutting, Grinding forces
  • Ahmad Bedram* Pages 693-705

    In this paper, an asymmetric breakup of non-Newtonian droplet (with power law behavior) in a new geometry (network junction) has been investigated. The geometry can break an initial droplet into six unequal size droplets. The research method is numerical simulation with Volume of Fluid (VOF) algorithm. The numerical results are compared with the results of a benchmark problem and a very good agreement is seen. The results showed that in areas close to the wall, mixing of materials of inside droplet is performed better, which is important in industrial applications of droplet based flows, especially in pharmaceutical and chemical industries. The results showed that the maximum vorticity magnitude in the K1 branch (the lowest output branch in the system) is 26, 44 and 28 % more than the maximum vorticity magnitude of the branches of K2, K3 and K4 (K4 is the highest output branch is in system). Also, maximum effective viscosity in the K1 branch is 27, 29 and 24 % less than the maximum effective viscosity in the K2, K3 and K4 branches, respectively. Therefore, K1 branch has the best performance in mixing of the material of inside droplet among the output branches. It was also revealed that the pressure of inside of droplet (both before and after breakup) is constant along the channel width.

    Keywords: Droplet, Non-Newtonian fluid, Breakup, Network junction, numerical simulation, VOF
  • Davood Yousefi, Reza Taghiabadi*, M.H. Shaeri Pages 707-718

    In this study, the effect of multidirectional forging (MDF) was studied on the microstructure and mechanical properties of Ti-modified SiP/ZA22 composite containing 4 and 8 wt. % Si. The forging process was performed at 100 °C by two and five passes. Based on the obtained results, Ti modification refined the coarse primary dendrites, and reduced the size of primary Si (SiP) particle as well as grains. Applying MDF also gradually eliminated the dendritic structure, promoted fine distribution of SiP particles, second phases, and porosities in the microstructure. According to the image analysis results, the average size of SiP particles in as-cast composite reduced from 25 and 30 μm to about 6 and 7 μm, respectively in 5-pass MDFed composites containing 4 and 8 wt. % Si. The mechanical properties results also showed work softening during the MDF where after two-pass MDF the hardness and tensile strength of the base sample reduced by 30 and 25%, while its elongation and toughness improved by 120 and 325%, respectively. In MDFed composites, the presence of SiP particles maintains the hardness and strength. According to the results, in the case of 2-pass MDFed composite containing 4 wt. % Si the hardness and tensile strength reduced by 18 and 2%, respectively, but the elongation and toughness increased by 25 and 175%, respectively.

    Keywords: Zn-22Al alloy, Composite, Silicon, Titanium, Multidirectional forging, Mechanical properties, Severe plastic deformation