فهرست مطالب

مجله مهندسی ساخت و تولید ایران
سال نهم شماره 1 (فروردین 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/01/17
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سینا صباغی فرشی، داود اکبری* صفحات 1-9
    برش نگاری دیجیتال یکی از روش های بازرسی غیر مخرب مبتنی بر تداخل سنجی لیزری است که از طریق اندازه گیری پاسخ مکانیکی قطعه به بارگذاری انجام شده، به تشخیص عیوب آن می پردازد. در این مقاله، با استفاده از اعمال بارگذاری حرارتی به صورت متناوب، قابلیت تشخیص عیوب با اندازه و عمق های مختلف در روش برشنگاری دیجیتالی بهبود یافت. در این راستا، آزمون برش نگاری با بارگذاری مدوله شده و با فرکانس مدولاسیون و تعداد سیکل های بارگذاری متفاوت بر روی نمونه پلیمری با 9 عیب مختلف در اندازه و عمق های متفاوت انجام شده و نتایج به دست آمده، با برش نگاری حرارتی معمول مقایسه شد. نتایج نشان می دهند که در روش برش نگاری معمول، تنها 4 عیب از 9 عیب ایجاد شده در نمونه شناسایی شدند در حالی که با اعمال تحریک به صورت متناوب با فرکانس مدولاسیون 02/0 هرتز، هر 9 ناحیه عیب آشکار شدند. نتایج به دست آمده نشان داد افزایش تعداد سیکل بارگذاری تاثیر قابل توجهی بر ظرفیت شناسایی عیوب نمی گذارد. همچنین شناسایی عیوب عمیق تر نیازمند اعمال فرکانس های مدولاسیون پایین تر است و قابلیت شناسایی عیوب با کاهش فرکانس مدولاسیون افزایش می یابد، به طوری که میانگین اختلاف فاز با کاهش فرکانس مدولاسیون از 1/0 به 02/0 هرتز، تا 1/2 برابر بیشتر می شود.
    کلیدواژگان: برش نگاری دیجیتال، بارگذاری حرارتی قفل شونده، عیوب صفحه ای، بازرسی غیر مخرب
  • میثم اکثیری، محمد عظیمی آق قلعه، نصرالله بنی مصطفی عرب*، سروش پرویزی صفحات 10-18
    پژوهش حاضر به بررسی تاثیر سرعت های چرخشی گوناگون و جنس انتخاب شده برای ساخت ابزار دوشانه ای در فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی بر تغییرات سختی و مقاومت به ضربه ی آلیاژ آلومینیوم 6061-T6 پرداخته است. بر اساس داده های حاصله، مطلوب ترین ابزار برای انجام این فرآیند باید از جنس فولاد گرمکار H13 بوده و طول پین آن نیز برابر ضخامت قطعه کار باشد. همچنین بهینه ترین نسبت میان قطر شانه های ابزار و طول پین، حدود 3 تا 5 می باشد. لذا ابزار طراحی شده برای انجام فرآیند مذکور، دارای قطر شانه های 20، قطر پین 6 و طول پین 4 میلی متر در نظر گرفته شد. نتایج نشان دادند که افزایش سرعت چرخشی بر کیفیت ظاهری اتصالات انجام شده تاثیر مطلوبی داشته و با بالا رفتن سرعت چرخشی در حین انجام عملیات جوشکاری نیز نیروی لازم برای شکست قطعه افزایش می یابد. نتایج آزمون ضربه شارپی نیز مبین تاثیر مستقیم سرعت چرخشی فرآیند بر انرژی مصرفی شکستن نمونه ها و طبیعتا تاثیر معکوس آن بر زاویه ی برگشت پرتابه می باشند. از انجام آزمون سنجش سختی میکروساختار نمونه ها نیز استنباط شد که افزایش سرعت جوشکاری در نهایت سختی جوش را بالا می برد. علاوه بر این، با بررسی ماکروساختار اتصالات نیز مشخص شد که افزایش سرعت دورانی بر کاهش عیوب آن ها تاثیر بسزایی دارد. در پژوهش پیش رو، تاثیر انتخاب فولاد HSS به عنوان جنس ابزار دوشانه ای نیز مورد بررسی قرار گرفته که نهایتا فولاد گرمکار H13 و سرعت 1500 دور بر دقیقه به عنوان جنس و سرعت چرخشی مطلوب از نظر تاثیر در ویژگی های مکانیکی برای ساخت ابزار انتخاب گردید.
    کلیدواژگان: فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، ابزار دوشانه ای، آلیاژ آلومینیوم 6061-T6، سختی، مقاومت به ضربه
  • سهیل طالبیان* صفحات 19-30
    ترفنل-دی به عنوان یک ماده دگررسان مغناطیسی، به دلیل قابلیت اعمال نیرو و جابجایی بزرگ، کاربرد زیادی در انواع عملگرها دارد. یکی از محدودیت های اصلی ترفنل-دی، وابستگی ضرایب ساختاری آن از قبیل انطباق الاستیکی و دگررسانی مغناطیسی به تنش مکانیکی و شدت میدان مغناطیسی اعمالی است که پیش بینی رفتار عملگرها را دشوار می سازد. در مقاله حاضر، یک مدل تجربی-تحلیلی شامل تقریب های خطی جهت پیش بینی ضرایب ساختاری مذکور ارایه شده است. در ابتدا با استفاده از یک مجموعه آزمایشگاهی، نمودارهای غیر خطی تنش-کرنش ترفنل-دی در مقادیر مختلف میدان مغناطیسی به دست آمده اند و با تحلیل نتایج به دست آمده و نیز اعمال مدل خطی مغناطیسی-مکانیکی، ضرایب انطباق الاستیکی، دگررسانی مغناطیسی، تراوایی مغناطیسی و جفت شدگی محاسبه شده اند. سپس، تقریب های خطی ارایه شده اند که می توانند در هر شدت میدان مغناطیسی و تنها با در اختیار داشتن اطلاعات مربوط به سه مقدار تنش، ضرایب عملکردی ترفنل-دی را پیش بینی نمایند. محاسبه مقادیر تنش-کرنش با استفاده از تقریب های خطی مذکور و مقایسه با نتایج تجربی اولیه، نشان دهنده دقت قابل قبول مدل ارایه شده است. در انتها نیز مدل پیشنهادی در شرایط کاری جدید و به منظور پیش بینی رفتار مکانیکی-مغناطیسی ماده مورد استفاده قرار گرفته و صحت سنجی شده است. مقایسه نتایج حاصل با نتایج تجربی نشان دهنده دقت بسیار خوب مدل ارایه شده می باشد، به نحوی که بیشترین خطا در محاسبه کرنش و شار مغناطیسی به ترتیب 3% و 4/3% به دست آمده اند.
    کلیدواژگان: ترفنل-دی، عملگر دگررسان مغناطیسی، ضریب انطباق الاستیکی، ضریب دگررسانی مغناطیسی
  • صادق میرزامحمدی، رضا اسلامی فارسانی*، حسین ابراهیم نژاد خالجیری صفحات 31-42
    در این کار پژوهشی، تاثیر هم زمان نانوذرات سیلیکا و میکروکپسول های حاوی عامل ترمیم بر رفتار ترمیمی- مکانیکی کامپوزیت های خودترمیم شونده اپوکسی/ الیاف شیشه مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور نانوذرات سیلیکا با درصدهای مختلف (1، 3 و 5 درصد وزنی)، در کامپوزیت هوشمند حاوی 14 درصد وزنی حاوی عامل ترمیم کپسوله شده توزیع شدند. به منظور تخریب کامپوزیت های هوشمند، از آزمون نفوذ شبه استاتیک با نیروی تخریب 3300 نیوتون استفاده شد. همچنین به منظور ارزیابی عملکرد ترمیمی- مکانیکی، از آزمون استحکام برشی بین لایه ای استفاده شد. از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) برای شناسایی مکانیزم ها، عملکرد ترمیم و اندرکنش نانوذرات استفاده شد. نتایج بدست آمده از آزمون نفوذ شبه استاتیک نشان داد که افزودن نانوذرات سیلیکا باعث کاهش سطح آسیب های ایجاد شده در کامپوزیت تحت نیروی اعمالی شد که در نهایت منجر به بهبود عملکرد ترمیم شد. کمترین میزان آسیب ایجاد شده در نمونه حاوی 1 درصد وزنی نانوذرات سیلیکا مشاهده شد. براساس نتایج بدست آمده کامپوزیت حاوی 5 درصد وزنی نانوذرات سیلیکا با بازده ترمیم 118.2 درصد، بیش ترین بازده ترمیم در مقایسه با دیگر کامپوزیت ها داشت. ایجاد خطوط V شکل و آگلومره شدن نانوذرات سیلیکا به عنوان مکانیزم های تاثیرگذار در استحکام برشی کامپوزیت های خودترمیم شونده توسط FESEM شناسایی شدند.
    کلیدواژگان: سازه کامپوزیتی هوشمند، خودترمیم شوندگی، میکروکپسول اوره- فرمالدئید، نانوذرات سیلیکا، بازیابی خواص مکانیکی
  • پوریا شه فراق، محمدرضا فراهانی*، مجید صفرآبادی، مجید فرهنگ صفحات 43-53
    از جمله روش های مرسوم تنش زدایی که می توان پس از انجام فرآیند ساخت بر روی قطعه اجرا نمود تنش زدایی حرارتی و ارتعاشی هستند. از مزایای روش تنش زدایی ارتعاشی نسبت به تنش زدایی حرارتی می توان به عدم نیاز به فیکسچر بندی، صرفه جویی در وقت و هزینه، عدم محدودیت وزنی و ابعادی و قابلیت استفاده برای تمامی آلیاژها نام برد. در این پژوهش به مطالعه عددی و تجربی تنش زدایی ارتعاشی یک اتصال جوشی T شکل پرداخته شده است. در گام اول نمونه T شکل با فرایند جوشکاری قوس الکتریکی ساخته شد. تنش های پسماند ایجاد شده درطول خط جوش به میزان 251 مگاپاسکال و در عرض خط جوش به میزان 191 مگاپاسکال اندازه گیری شد. انحراف ناشی از تنش های پسماند بدست آمده از شبیه سازی فرایند جوشکاری با نتیجه حاصل از مقادیر تجربی در راستای طولی حدود 17درصد و در راستای عرضی حدود 1.5 درصد بدست آمد. در ادامه ازطریق شبیه سازی المان محدود فرآیند تنش زدایی ارتعاشی، مقادیر بهینه پارامترهای موثر بر تنش زدایی ارتعاشی مانند فرکانس اعمال نیرو، میزان نیرو و محل اعمال نیرو، به دست آمد. موثرترین حالت در مدل سازی تنش زدایی ارتعاشی مربوط به زمانی است که نیروی اعمالی در آن 20% نیرو تسلیم قطعه و فرکانس تحریک 95% فرکانس طبیعی قطعه لحاظ گردد. نتایج اندازه گیری تجربی پس از تنش زدایی ارتعاشی با نتایج مدل سازی خطای 10درصدی را نشان داد . نتایج نشان داد که با افزایش فرکانس بار اعمالی تا 95% فرکانس طبیعی، تنش های پسماند طولی بیش از 55 درصد و تنش های عرضی حدود 70 درصد کاهش یافته اند.
    کلیدواژگان: تنش زدایی ارتعاشی، اندازه گیری تنش های پسماند، کرنش سنجی سوراخ، شبیه سازی المان محدود
  • محمد مقداد فلاح*، مسعود محمدی، محمدمراد شیخی، احسان شکوری، ولی الله پناهی زاده صفحات 54-62

    در حین سوراخ کردن استخوان فک، دما می تواند افزایش یابد و باعث آسیب حرارتی استخوان شود. بنابراین، بررسی افزایش دما حین سوراخکاری استخوان ضروری به نظر می رسد. با توجه به دشوار بودن اندازه گیری دما در حین سوراخکاری فک، پیش بینی حرارت منتقل شده به استخوان در جراحی، سبب انتخاب صحیح فاکتورهای موثر بر دما می شود. لذا در این مقاله برای اولین بار با استفاده از روش تفاضل محدود و استفاده از ضرایب واینر، دمای استخوان فک در حین فرایند سوراخکاری پیش بینی و تاثیر سه فاکتور ورودی نرخ پیشروی، سرعت دوران و زاویه ی نوک ابزار بررسی شد. تغییرات سرعت دوران ابزار در بازه ی 200،400،800،1200و2500 دوربردقیقه، نرخ پیشروی50،60،90و120 میلیمتر بر دقیقه و زاویه ی نوک ابزار 70 تا 118 درجه در نظر گرفته شده است. بر اساس نتایج به دست آمده، با افزایش سرعت دوران ابزار و کاهش نرخ پیشروی دما افزایش می یابد. همچنین با افزایش زاویه نوک از 70 به 118 درجه، دما 10 درجه سانتی گراد افزایش می یابد. در نهایت، استفاده از ترخ پیشروی 120mm/min و 90mm/min به همراه سرعت دورانی از 200 تا 2500rpm و مته با زوایای نوک 70 و 90 درجه پیشنهاد می شود. استفاده از ماده خنک کننده دمای سوراخکاری را تا 9 C کاهش دهد.

    کلیدواژگان: سوراخکاری استخوان فک، نکروز حرارتی، تفاضل محدود
|
  • Sina Sabbaghi Farshi Pages 1-9
    Digital shearography, as a non-destructive testing method is based on laser interferometry, which detects defects by measuring the mechanical response of the specimen to the external loading. In this study, thermal loading was applied in an alternating way to the conventional shearography method in order to investigate its effect on the defects ascertainability in different sizes and depths. A total of 15 lock-in shearography tests with different modulation frequency and loading cycle were carried out on a polymer specimen with 9 planar defects in different sizes and depths and the results were compared with conventional shearography. In the conventional method, only 4 out of 9 defect areas were detected in the specimen, while by applying lock-in stimulation with a modulation frequency of 0.02 Hz, all of 9 defect areas were revealed. The results showed that increasing the number of loading cycles does not have a significant effect on the detection capacity of defects. Also, detection of deeper defects requires the implementation of lower modulation frequencies, and defects detectability is improved with decreasing modulation frequency, so that the mean phase difference increases 2.1 times by reducing the modulation frequency from 0.1 to 0.02 Hz.
    Keywords: Digital shearography, Lock-in Method, Planar defects, NDT
  • Meysam Eksiri, Mohamad Azimi Aghghaleh, Nasrolah Bani Mostafa Arab *, Soroush Parvizi Pages 10-18
    In this research the effect of different rotational speeds and different chosen materials for producing the Bobbin tool in friction stir welding process on hardness and impact resistance alterations for Aluminum 6061-T6 alloy is being studied. According to the results, the most desirable tool to accomplish this process should be from H13 hot-work steel and the pin length should be as long as the work piece thickness. The most optimized ratio between tool shoulders diameter and pin length is about 3 to 5. Accordingly, the designed tool for the mentioned process had 20 mm shoulder diameter, 6 mm pin diameter and 4 mm pin length. Results showed that increasing the rotational speed had desirable effect on connections outward quality and also cause raising the amount of consumed energy for breaking the work pieces and naturally it decreases the return angle of the projectile. Microstructure hardness tests showed that welding speed increasing caused welded zone grains size changing. So it will increase the weld hardness. Furthermore, joints macrostructure’s defects studied and determined that increasing rotational speed has good effect in decreasing these defects. Also in this research, the effect of using HSS tool steel as the bobbin tool material checked that despite better results in hardness tests in same speeds in compared with H13 hot-work steel, finally H13 chose as the bobbin tool material due to the better strength in most other speeds. 1500 rpms selected as the best rotational speed in terms of affect on mechanical properties.
    Keywords: Friction stir welding process, Bobbin Tool, Aluminum 6061-T6 alloy, Hardness, Impact resistance
  • Soheil Talebian * Pages 19-30
    Terfenol-D as a magnetostrictive material is widely used in actuators because of its high force and displacement. One of the main limitations of Terfenol-D is dependency of its structural coefficients like elastic compliance and magnetostrictive coefficients to applied mechanical stress and magnetic field which makes it difficult to predict the actuator’s behavior. In the present paper, an analytical-experimental model is presented to predict the mentioned coefficients at different operating conditions. Initially, by using an experimental fabricated setup and tension test equipment, the nonlinear stress-strain behavior of the Terfenol-D actuator is studied at different conditions and by analyzing the obtained results and applying the linear magnetomechanical model, elastic compliance, magnetostrictive, magnetic permeability and magnetomaechanial coupling coefficients are calculated. Then, a model based on linear approximating relations is presented which can predict the coefficients at determined magnetic field intensity only by importing three values of stress. Calculating values of stress and strain by using the model and comparing the results to the experimental results shows acceptable precision of the model. Finally, the proposed model is applied to predict magnetomechanical behavior of Terfenol-D and being validated. Comparing the results to experimental ones shows capability of the model at predicting magnetomechanical behavior of Terfenol-D at different operational conditions, as the maximum errors of calculated strains and magnetic fluxes are 3% and 3.4%, respectively.
    Keywords: Terfenol-D, magnetostrictive actuator, elastic compliance coefficient, magnetostrictive coefficient
  • Sadegh Mirzamohammadi, Reza Eslami-Farsani *, Hossein Ebrahimnezhad-Khaljiri Pages 31-42
    In this research work, the simultaneous effect of silica nanoparticles and microcapsules containing healing agent on the healing-mechanical behavior of glass fibers/epoxy self-healable composites was investigated. To do so, the silica nanoparticles with the different percentages (1, 3 and 5 wt.%) into the smart composite containing the 14 wt.% capsulated healing agent were dispersed. For destructing the smart composites, the quasi-static penetration test with the damage force of 3300 N was used. Also, for assessing the healing mechanical performances, the interlaminar shear strength test was used. As well as, the field emission scanning electron microscope (FESEM) was used for characterizing the related mechanisms, healing performance and interaction of nanoparticles into the composite structure. The obtained results from quasi-static penetration test showed that adding the silica nanoparticles caused to reduce the level of created damages into the composite under damage force, which finally resulted to improve the healing performance. The lowest created damage was seen in the sample containing 1 wt.% silica nanoparticles. Based on the obtained results, the composite containing 5 wt.% silica nanoparticles with healing efficiency of 118.2% had the maximum healing efficiency, as compared with other composites. The creation of V shape lines and agglomeration of silica nanoparticles as effective mechanisms on the shear strength of self-healable composites were characterized by FESEM.
    Keywords: Smart Composite Structure, : Self-healing: Urea Formaldehyde Microcapsule, : Silica Nanoparticles, : Mechanical Properties Recovery
  • Pooria Shahfaraghe, Mohammadreza Farahani *, Majid Safarabadi, Majid Farhang Pages 43-53
    Thermal and vibration stress relieving processes are among the common methods of reducing residual stresses that can be performed on the part after the manufacturing. The advantages of vibratory stress relief over thermal stress relief are no need for fixtures, time and cost savings, no weight and dimensional limitations and usability for all alloys. In this research, the numerical and experimental study of vibration stress relief process of a T-shaped weld has been done. In the first step, a T-joint was made using shielded metal arc welding . The longitudinal and transverse residual stresses equal to 251 MPa and 191 MPa were measured, respectively. The differences between the calculated and the measured residual stresses in the longitudinal and transverse direction are about 17% and 1.5%, respectively. Then, by finite element simulating the vibration stress relieving process, the optimal values of the parameters affecting the process, such as the frequency of force exertion, the amount of force and the location of force exertion, were obtained. The most effective vibration stress relief condition related to the case with the applied force equal to 20% of the yield force of the sample and the excitation frequency equal to 95% of the natural frequency of the sample. The differences between the calculated and the measured residual stresses after vibration stress relief process is about 10%. By increasing the applied load frequency to 95% of natural frequency of the sample, longitudinal and transverse residual stresses decreased by more than 55% and about 70%, respectively.
    Keywords: Vibration stress relief, Residual Stress Measurement, Hole drilling strain gauge method, Finite element simulation
  • Mohammad Meghdad Fallah *, Masoud Mohamadi, Mohammad Morad Sheikhi, Ehsan Shakouri, V Panahizadeh Pages 54-62

    During the drilling of the jawbone, the temperature could increase and cause thermal injury in the bone. So, it appears necessary to investigate the temperature rise during bone drilling. Due to the difficulty of experimental study of temperature increase during the jawbone drilling, predicting the heat transferred to the bone during surgery, leads to the correct selection of factors affecting the temperature. Therefore, in this paper, for the first time, using the finite difference method and Wiener coefficients, the temperature of the jawbone during drilling was predicted and the influence of different drilling parameters on the temperature rise was evaluated. Spindle speed were 200, 400, 800, 1200 and 2500 rpm, feed rate 50, 60, 90 and 120 mm/min and drill point angle 70, 90 and 118 degrees. Results showed that an increase in spindle speed and decrease in feed rate caused an increase in bone temperature. Also, with an increase in drill point angle from 70 to 118 degrees, the temperature increases by 10 degrees Celsius. Finally, the following combination of parameter values is suggested: feed rate of 90 to 120mm/min, spindle speeds of 200 to 2500rpm and point angle of 70˚ and 90˚. With irrigation, the decrease in temperature was almost equal to 9˚C.

    Keywords: Jaw bone Drilling, thermal necrosis, finite difference