فهرست مطالب

مهندسی ساخت و تولید ایران - سال هشتم شماره 7 (مهر 1400)

مجله مهندسی ساخت و تولید ایران
سال هشتم شماره 7 (مهر 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/07/13
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مقصود شلوندی*، علی آقائی صفحات 1-9

    فرآیند سوراخ کاری اصطکاکی یک فرآیند جدید برای تولید سوراخ های استوانه ای است و در این فرآیند از یک ابزار مخروطی با جنس کاربید تنگستن استفاده می گردد و پس از سوراخ کاری، یک بوش نیز همراه با سوراخ در پشت قطعه ایجاد می شود. از مزایای این فرآیند جدید می توان به کاهش زمان سوراخ کاری و عدم تولید براده اشاره کرد. در این مقاله، فرآیند سوراخ کاری اصطکاکی با تلفیق ارتعاشات اولتراسونیک انجام شده است. برای انجام فرآیند فوق، یک هورن اولتراسونیک مناسب طراحی شد و همچنین ابزار مخروطی شکل از جنس کاربید تنگستن با زوایای بهینه برای سوراخ کاری استفاده گردید و جنس قطعه کار انتخاب شده فولاد St37 بوده است. برای بررسی اثرات ارتعاشات اولتراسونیک در فرآیند سوراخ کاری اصطکاکی، از آزمون های میکرو سختی، آزمون صافی سطح، آزمون خوردگی، و تصاویر میکروسکوپ نوری و تصاویر SEM استفاده شد. نتایج این پژوهش نشان داد که، تلفیق ارتعاشات اولتراسونیک با فرآیند سوراخ کاری اصطکاکی سبب بالا رفتن مقدار میکرو سختی به مقدار متوسط 13 درصد در سرعت های دورانی و شدت های ارتعاشاتی معینی می گردد. همچنین مقاومت به خوردگی قطعه کار در حالتی که ارتعاشاتی با شدت W/cm296 اعمال شد، به مقدار 57 درصد بیشتر شد. با توجه به تصاویر میکروسکوپی مشاهده شد که اندازه دانه و مقدار مک های قطعه کار در اثر اعمال ارتعاشات اولتراسونیک کاهش می یابد که این اثر به صورت کیفی و مقایسه ای بیان شده است.

    کلیدواژگان: سوراخ کاری اصطکاکی، ماشین کاری، ارتعاشات اولتراسونیک، مقاومت به خوردگی
  • ئاکو پارسا، مجتبی یزدانی* صفحات 10-19

    استفاده از سازه های مشبک به دلیل داشتن خواص مکانیکی منحصر به فرد و وزن پایین آن ها همواره مورد توجه محققان و صنایع مختلف بوده است. یکی از جدی ترین چالش-های استفاده از سازه های مشبک، فرآیند ساخت این سازه ها علی الخصوص تولید انبوه و تجاری سازی آن ها است. سازه های مشبک هرمی ساخته شده از تیوب های فلزی یکی از بهینه ترین ساختارهای مشبک برای جذب انرژی است که اصلی ترین چالش در زمینه ساخت این سازه، نحوه ی اتصال تیوب ها به صفحات فلزی است. در این تحقیق روشی برای اتصال تیوب های فلزی به صفحات معرفی شده است که نسبت به روش های موجود در عین سادگی و سرعت ساخت بالاتر، باعث بهبود استحکام اتصال نیز می شود. در این روش بجای استفاده از قالب و فیکسچرهای فلزی برای تثبیت موقعیت تیوب ها در فرآیند لحیم کاری، زایده هایی به شکل دندانه در حین برش لوله ها روی آن ها ایجاد شده و با قرارگیری آن ها در سوراخ های تعبیه شده روی صفحات، هم موقعیت آن ها طی لحیم کاری حفظ می شود و هم گیر مکانیکی ایجاد شده باعث افزایش استحکام اتصال می گردد. در این مطالعه نمونه ها با هندسه متفاوت از فولاد ضد زنگ 304 ساخته شده اند و تاثیر پارامترهای هندسی ازجمله نسبت طول به قطر و زاویه ی قرارگیری تیوب روی جذب انرژی این سازه ها بررسی شده است. روش ساخت معرفی شده در این تحقیق کاملا کارآمد بوده و هیچکدام از نمونه ها در محل اتصال دچار آسیب نشدند. نسبت طول به قطر 5 بیشترین جذب انرژی مخصوص را دارد. افزایش زاویه ی قرارگیری لوله ها از 45 به 55 درجه باعث افزایش جذب انرژی مخصوص به میزان 40 درصد شده است.

    کلیدواژگان: سازه های مشبک هرمی، جذب انرژی، لحیم کاری سخت، پارامترهای هندسی
  • مجید نوری کمری، فرامرز آشنای قاسمی*، غلامحسین رحیمی شعرباف، کاظم رضا کاشی زاده صفحات 20-30

    در مطالعه حاضر، استحکام نهایی شکست مخزن سوخت CNG نوع 4 تحت آزمون فشار ترکیدگی در دو حالت ضخامت ثابت و متغیر با استفاده از شبیه سازی المان محدود تحلیل شد. سپس به بهینه سازی زاویه پیچش الیاف به منظور دستیابی به حداکثر مقاومت در برابر فشار ترکیدگی در هر دو مدل پرداخته شد. بدین منظور از مشخصات آزمون بیان شده در استاندارد NECE R 110: 2016 و تعیین معیار تنش معادل فون میسز جهت مشخص نمودن ناحیه بحرانی و مستعد به شکست در مخزن استفاده شده است. نتایج شبیه سازی نشان داد که در دو حالت طراحی ضخامت ثابت و متغیر جدایش به ترتیب در فلنج پایین مخزن و محل پوسته انحنای پایین رخ داده است. صحت سنجی شبیه سازی اجزای محدود ارایه شده برای پیش بینی فشار ترکیدگی در هر دو حالت طراحی (ضخامت ثابت و متغیر) با استفاده از تکنیک مقایسه با نتایج آزمایشگاهی نشان داد که تطابق قابل قبولی میان نتایج تجربی و عددی برقرار بوده است. همچنین نتایج نشان داد که بهینه ترین زاویه پیچش الیاف جهت دستیابی به حداکثر مقاومت در برابر فشار ترکیدگی در دو حالت طراحی ضخامت ثابت و متغیر به ترتیب برابر با 23درجه (در فشار 670 بار) و 15 درجه (در 780 بار) بوده است. در نهایت، بکارگیری نتایج این پژوهش می تواند منجر به افزایش 22 درصدی استحکام نهایی شکست مخزن کامپوزیتی نوع 4 شود.

    کلیدواژگان: مخزن سوخت CNG، مخزن کامپوزیتی نوع 4، زاویه پیچش الیاف، فشار ترکیدگی، ناحیه شکست
  • علی اصغر نادری*، حامد احمدی صفحات 31-42

    در این مقاله، با استفاده از هندسه مسیر الیاف، هندسه پوسته مخروطی، هندسه شبکه تقویت کننده و تیوری کلاسیک پوسته ها، ضرایب سفتی یک پوسته مخروطی کامپوزیتی و یک شبکه تقویت کننده مخروطی کامپوزیتی بهدست آمده است. با استفاده از این ضرایب و به روش معادل سازی، ضرایب سفتی معادل یک پوسته مشبک مخروطی کامپوزیتی به دست می آید. نتایج حاصل در تعیین مقاومت کمانشی به این روش با نتایج تجربی مقایسه و تطابق مناسبی بین نتایج دیده شده است. ضرایب سفتی پوسته مخروطی به صورت تابعی از موقعیت هر نقطه از پوسته نسبت به محور مولد پوسته مخروطی به دست می آید. مقدار تمامی ضرایب سفتی هر نقطه از پوسته تقویت نشده نسبت به محور مولد آن از محل لبه کوچک به محل لبه بزرگ پوسته مخروطی کاهش می یابد. تغییرات ضخامت پوسته و زاویه قرارگیری الیاف بر روی پوسته نسبت به محور مولد مخروط، باعث می شود که سفتی پوسته در راستای محور مولد آن متغیر باشد. همچنین تغییر فاصله ریب های تقویت کننده از لبه کوچک پوسته مخروطی به سمت لبه بزرگ آن، سبب تغییر سفتی معادل شبکه تقویت کننده می شود. بنابراین سفتی کل سازه مشبک مخروطی در راستای مولد آن متغیر است. دیده می شود هرچند آنالیز مقاومت کمانشی پوسته مخروطی به روش معادل سازی کاملا دقیق نیست اما توصیف دقیقی از نحوه و نسبت تغییرات سفتی پوسته های مشبک در راستای محور مولد آن ارایه می کند. ضرایب معادل پوسته مشبک مخروطی کامپوزیتی، همچون ضرایب یک پوسته مخروطی رشته پیچی شده بدون تقویت کننده، در راستای محور مولد آن ضرایبی متغیر است.

    کلیدواژگان: کمانش، سازه مشبک مخروطی، مسیر الیاف، پوسته های کامپوزیتی
  • داود افشاری*، امید حمیدی صفحات 43-51

    هدف از این مطالعه بررسی تجربی و عددی شکست اتصال جوش نقطه ای مقاومتی آلومینیم Al 6061-T6 تحت آزمون کششی-برشی با استفاده از روش مکانیک آسیب می باشد. امروزه استفاده از آلیاژهای آلومینیمی در بدنه خودروها بعنوان یک فلز سبک جهت کاهش وزن خودرو و مصرف سوخت رو به افزایش می باشد. استحکام بدنه یک خودرو بطور کامل وابسته به استحکام و کیفیت اتصال های جوش نقطه ای آن می باشد. لذا بررسی و تحلیل جوش نقطه ای در بدنه خودرو ها دارای اهمیت بسیار زیادی می باشد. در این مطالعه جهت بررسی شکست اتصال جوش نقطه ای از روش مکانیک آسیب گارسون-تورگارد-نیدلمن استفاده شده است. بدین منظور ابتدا یک مدل المان محدود جهت شبیه سازی شکست اتصال جوش تحت بارگذاری کششی-برشی ایجاد شده و از روش مکانیک آسیب برای تحلیل شکست استفاده شده است. جهت صحت سنجی مدل، 7 نمونه اتصال جوش نقطه ای با قطر های دگمه جوش متفاوت، حداقل 72/5 میلیمتر و حداکثر 41/8 میلیمتر، جوشکاری شده و استحکام شکست آنها تحت آزمون کششی-برشی اندازه گیری شده است. مقایسه میان نتایج مدل مکانیک آسیب و آزمون تجربی نشان می دهد که اختلاف نتایج بدست آمده درحدود 2% می باشد و مدل ارایه شده دارای قابلیت اعتماد مطلوبی در پیش بینی نیروی شکست می باشد. همچنین نتایج بدست آمده نشان می دهد که از مدل المان محدود ارایه شده می توان بخوبی برای پیش بینی نقطه شروع و چگونگی شکست در اتصال جوش نقطه ای استفاده نمود.

    کلیدواژگان: جوش مقاومتی نقطه ای، مکانیک آسیب، گارسون-تورگارد-نیدلمن، AA6061-T6، مدل المان محدود
  • فردین نعمت زاده*، مهدی فراهانی صفحات 52-65
    در مطالعه حاضر، از روش اجزاء محدود برای بررسی اثرات پارامترهای هندسی روی رفتار ابرکشسانی هندسه جدید استنت Z شکل آلیاژ حافظه دار برای کاربرد در سیستم تنفسی با استفاده از تست بارگذاری شعاعی (کریمپینگ)استفاده شد. مدل ماده مورد استفاده جهت توصیف خواص ماده حافظه دار بر اساس انرژی ترمودینامیکی آزاد هلمهولتز(مدل آریشیو) بود. در این مطالعه عددی با ایجاد طرحی جدید از استنت، خواص مکانیکی مختلف و تغییر پارامترهای هندسی آن، عملکرد مکانیکی استنت ها به روش تحلیل المان محدود و مقایسه با نتایج تجربی مورد ارزیابی قرار گرفت. پارامترهای هندسی تغییر داده شده استنت، ضخامت، تعداد خمش و زاویه بین بازوهای استنت است. کاهش ضخامت استنت ها از 3/0 به 2/0 در زاویه بین بازوهای و تعداد خمش های یکسان استنت، باعث کاهش سفتی به میزان 87/37 درصد، کاهش نیروی استحکام مکانیکی شعاعی جهت باز کردن مجاری(COF) به میزان50 درصد،کاهش نیروی شعاعی به میزان 35/38 درصد و افزایش جابجایی به میزان 2/0 درصد شد. استنت های با ضخامت کمتر بدلیل حلقه هیسترزیس مکانیکی (ابرکشسانی) کاملتر، استحکام مکانیکی شعاعی جهت باز کردن مجاری(COF) کمتر، استحکام مکانیکی مقاومت کننده شعاعی مربوط به مجاری(RRF) بیشتر، نیروی شعاعی کمتر،سفتی کمتر، جابجایی بیشتر، تنش کمتر، کرنش بیشتر در نقاط بحرانی استنت و تشکیل درصد بالای مارتنزیت در کرنش کمتر، در ساختار استنت مطلوب می باشند.
    کلیدواژگان: استنت آلیاژ حافظه دار، ارزیابی محاسباتی، سیستم تنفسی، پارامترهای هندسی
|
  • Maghohd Shalvandi *, Ali Aghaei Pages 1-9

    The friction drilling process is a new process for producing cylindrical holes. In this process, a conical tool made of tungsten carbide is used and a bush is created along with a hole in the back of the part after drilling. The advantages of this new process include reducing drilling time and no chip production. In this paper, the friction drilling process is performed by combining ultrasonic vibrations. To perform the above process, a suitable ultrasonic horn was designed and made also a conical tool made of tungsten carbide with optimal angles was used for drilling. St37 steel material type was selected for workpiece. To investigate the effects of ultrasonic vibrations on the friction drilling process, micro-hardness tests, surface roughness test, corrosion test, and metallographic imaging (light microscope images and SEM images) were used. The results of this study indicated that the ultrasonic vibrations assisted friction drilling process increases the micro-hardness about 13 percent at special rotational speeds and vibrations intensities. Also, the corrosion resistance of the workpiece increased by about 57 percent in the case of applying vibrations of 96 W / cm2 intensity. According to the metallographic imaging, it was observed that the grain size and the amount of cavities of the workpiece are reduced due to the application of ultrasonic vibrations and these results is expressed qualitatively and comparatively.

    Keywords: Friction drilling, machining, Ultrasonic Vibration, Corrosion Resistance
  • Ako Parsa, Mojtaba Yazdani * Pages 10-19

    The use of lattice structures has always been envisaged by researchers and various industries because of their unique mechanical properties and low weight. One of the main challenges in this area is the manufacturing process of these structures, particularly in mass production and commercialization. Pyramid-metal tubular lattice structures are among the most optimal lattice structures for energy absorption. The connection of tubes to metal plates is one of the main challenges in the construction of these types of structures. In this research, rather than using metal molds and fixtures, the toothed appendages are created by cutting the ends of the tube and place them in the holes of the plates in order to fix the position of the tubes in the brazing process. Mechanical locking of tubes and plates enhances connection strength and structural stiffness. In this study, specimens have been made with various geometries and the effect of geometrical parameters such as the length to diameter ratio of the tube and its angle of orientation on energy absorption were investigated. The manufacturing process used in this research was very efficient and none of the samples were damaged at the joint. Increasing the orientation angle from 45 to 55 increases the specific energy uptake by up to 40%.

    Keywords: Pyramidal lattice structures, Energy absorption, Brazing, Geometrical Parameters
  • Majid Nouri Kamari, Faramarz Ashenai Ghasemi *, Gholam Hossein Rahimi Sherbaf, Kazem Reza Kashyzadeh Pages 20-30

    In the present study, failure strength of the type-IV CNG fuel tank under burst pressure test in both constant and variable thicknesses was analized using finite element simulation. Afterward, optimal fiber twist angle was optimized to achieve maximum resistance to burst pressure in both models. To this end, the test specifications stated in NECE R 110: 2016 standard and von Mises yield criterion were used to determine the critical area which is prone to failure in the tank. The simulation results showed that the separation occurred in the lower flange of the tank and the location of the low curvature shell in the tank with the constant and variable thicknesses, respectively. Validation of presented finite element simulation for prediction of burst pressure in both design modes, including constant and variable thicknesses, using the technique of comparison with experimental results showed that an acceptable agreement was established between the experimental and numerical results. Also, the results showed that the optimal fiber twist angle to achieve maximum resistance to burst pressure for both design cases (constant and variable thicknesses) was 23° (670 bar) and 15° (780 bar), respectively. Finally, applying the results of this study can lead to a 22% increase in the failure strength of the type-IV composite tank.

    Keywords: CNG fuel tank, Type-IV composite tank, Fiber twist angle, Burst pressure, Failure zone
  • Naderi ALI Aghar *, Hamed Ahmadi Pages 31-42

    In this paper, using fiber path geometry, shell geometry, lattice geometry and classical shell theory, the stiffness coefficients of a composite conical shell and a composite lattice conical shell are obtained. The results in determining the buckling strength in this method have been compared with the experimental results and a good agreement has been seen between the results. The stiffness coefficients are obtained as a function of the position of each point of the shell relative to the axis of the conical shell generator. The value of all stiffness coefficients at each point of the unreinforced shell relative to its generating axis decreases from the location of the small edge to the location of the large edge of the conical shell. Changes in the thickness of the shell and the angle of placement of the fibers on the shell relative to the axis of the cone generator cause the stiffness of the shell to vary along the axis of the generator. Therefore, the stiffness of the whole conical lattice structure varies in the direction of its generator. It can be seen that although the analysis of the buckling strength of the conical shell by the equivalence method is not completely accurate, but it provides a detailed description of the manner and ratio of changes in stiffness of the lattice shells along the axis of its generator. The coefficients equivalent like the coefficients of a filament wound composite laminated conical shell vary by the direction of its generating axis.

    Keywords: Buckling, Lattice conical structure, Fiber path, Composite shells
  • Davood Afshari *, Omid Hamidi Pages 43-51

    The main purpose of this study is experimental and numerical investigation on failure of resistance spot welded Al6061-T6 joint under tensile-shear test using damage model. Today using aluminum alloys in automobiles’ structure is increases to reduce weight and fuel consuming. The strength of an automobile’s structure completely depends on the quality of the strength and the quality of the welded joints. So, study the strength of these welded joints is very essential to obtain safe structures. In this study Gurson-Tevergaard-Needleman (GTN) model is utilized to study the failure of welded joint. A finite element (FE) model is developed to simulate failure of the welded joint under tensile-shear test. To validate the FE model, 7 series of samples are welded with different welding parameters (minimum 5.72 mm and maximum 8.41 mm) to obtain altered nugget size. The comparison between experimental and FE model results’ shows that the different between results is approximately 2% and the GTN model has a good reliability to predict the failure force. In addition the results show that the FE model can predict truly the starting of failure in the welded joint.

    Keywords: Resistance spot weld, Damage model, Gurson-Tevergaard-Needleman, AA6061-T6, Finite element model
  • Fardin Nematzadeh *, Mehdi Farahani Pages 52-65
    In the present study, the finite element method was used to study the effects of geometric parameters on superconductive behavior of new geometries Z- Shape of shape memory alloy stent for application in the trachea using a radial loading(crimping) test. The material model used to describe the properties of a shape memory material based on the Helmholtz free thermodynamic energy (Aurichio model). In this numerical study by creating a new design of the stent and by choosing different mechanical properties and changing its geometric parameters, the mechanical performance of the stents was evaluated using finite element analysis with empirical verification. The modified geometric parameters are the thickness, number of vertices and angles between the stents. Reducing the thickness of the stents from 0.3 to 0.2 in the same of angle between the length and the number of bends of the stent causes reducing the stiffness = 37.87%, reducing the radial mechanical strength to open ducts (COF) = 50%, reducing the radial force = 38.35% and increasing displacement = 0.2%. The stents with lower thickness have a better mechanical performance due to more complete mechanical hysteresis loop, less radial mechanical strength to open ducts(COF), more radial resistive mechanical strength related to ducts(RRF), less radial force, less stiffness, more displacement, less stress ,high strain at stent critical points, and high martensite formation at less strain.
    Keywords: Shape memory alloy stent, Geometric parameters, Numerical Study, breathing systems