فهرست مطالب

مجله مهندسی ساخت و تولید ایران
سال نهم شماره 3 (خرداد 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/03/10
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمدرضا طاهرزاده قهفرخی، محمدرضا کرفی* صفحات 1-10

    در این مقاله، یک سنسور نیرو/گشتاور شش محوره با استفاده از استرین گیج طراحی و ساخته شده است. ویژگی حداقل بودن کوپلینگ مکانیکی در طراحی این سنسور از اهمیت زیادی برخوردار است که برای این منظور، یک آرایش متشکل از 24 عدد استرین گیج به گونه ای انتخاب شده که ولتاژهای خروجی شش پل وتستون متناظر با مولفه-های بارگذاری، از هم مستقل باشند. سنسور ساخته شده، تحت بارگذاری های یک و چند مولفه ای قرار گرفته، خروجی پل های وتستون اندازه گیری و خطای کوپلینگ محاسبه شده است. میانگین 3/7% خطای کوپلینگ سنسور، نشان دهنده ویژگی استقلال خروجی ها از یکدیگر می باشد. فرایند کالیبراسیون طبق استاندارد ANSI1979 انجام شد و مشخصات سنسور محاسبه شده است که کمترین دقت و بیشینه خطای غیر خطی، مربوط به مولفه Fx و به ترتیب برابر 14.78%Fs و 6.42%Fs است و بیشینه خطای تکرارپذیری، مربوط به مولفه Mz و برابر 9.63%Fs می باشد. با هدف کاهش تلفات هیسترزیس، بارگذاری مستقیما روی سازه انعطاف پذیر برای مولفه Fz اعمال شده است که در نتیجه، دقت به مقدار قابل توجهی افزایش یافته و به مقدار 3.99%Fs رسیده و خطاهای غیرخطی بودن و تکرارپذیری کاهش پیدا کرده و به مقدار 0.52%Fs و 2.60%Fs رسیده است.

    کلیدواژگان: سنسور نیرو، گشتاور شش محوره، استرین گیج، سازه انعطاف پذیر، کوپلینگ مکانیکی
  • معصومه قربانی، شاهین مصراوغلی* صفحات 11-17
    سنگ جوری به عنوان یک مرحله موثر در فرآیند فرآوری مواد معدنی مطرح است و نتایج محدودی در این زمینه گزارش شده است. با به کارگیری این روش که در طبقه بندی جدایش های فیزیکی قرار می گیرد، صرفه جویی قابل توجهی در انرژی و افزایش تولید صورت می پذیرد. سنگ جوری در سه مرحله ورودی به سنگ شکن اولیه، خروجی از سنگ شکن اولیه و ورودی به جدا کننده های ثقلی مورد استفاده قرار میگیرد. در این پروژه، جداسازی کرومیت با طراحی و ساخت دستگاه سنگ جوری انجام شده است. بدین منظور ابتدا کانی ها توسط اسکنر سه بعدی تصویربرداری شده و پس از ایجاد ابر نقاط، حجم قطعه سنگ مربوطه به دست می آید و بر اساس آن قطر معادل قطعه سنگ تعیین می شود. سپس قطعات سنگ بر روی نوار نقاله دستگاه ساخته شده قرار گرفته و توسط حس گر لودسل، جرم هر کانی روی نوار نقاله در حال حرکت اندازه گیری می شود و جرم مخصوص کانی تعیین میگردد. در نهایت با توجه به ابعاد و شروط مشخص شده، از مدل مربوط به هر فراکسیون مقدار عیار قطعه سنگ مشخص شده و بر اساس حد مشخص شده برای عیار، به بخش کنسانتره (جز با ارزش) یا باطله (جز فاقد ارزش) هدایت می شود. نتایج به دست آمده نشان داد که کرومیت منطقه سبزوار با عیار 26/16 درصد و کانی های مزاحم همراه پس از ورود به دستگاه سنگ جوری طراحی شده، کنسانتره اولیه ای معادل کرومیت 33/11 درصد و بازیابی 83/92 درصد تولید نمود.
    کلیدواژگان: سنگ جوری پیشرفته، جدایش فیزیکی، کرومیت، کارایی جدایش
  • پیمان قاسمی تمامی، داود اکبری* صفحات 18-28
    در این مقاله به بررسی و اندازه گیری تنش پسماند در اتصال قطعات فولادی جوشکاری شده با روش غیرمخرب برهمنگاری تصاویر دیجیتالی پرداخته شده است. به این منظور نمونه هایی از جنس ورق A36 تهیه و عملیات جوشکاری قوسی با گاز محافظ بر روی آن ها انجام شد. برای اندازه گیری غیرمخرب تنش پسماند از روش برهمنگاری تصاویر دیجیتالی استفاده شده است و نمونه های پایه، جوشکاری شده بدون عملیات حرارتی و جوشکاری شده با عملیات حرارتی مورد ارزیابی قرار گرفته اند. عملیات حرارتی نمونه ها از نوع آنیلینگ می باشد که این عملیات به منظور کاهش تنش پسماند نمونه های جوش داده شده انجام شده است. به منظور اندازه گیری تنش پسماند به صورت غیرمخرب رابطه جدیدی معرفی شده است که بر پایه قانون هوک است. مقادیر تنش پسماند با اندازه گیری میزان کرنش نمونه ها و قرار دادن مقادیر آن در این رابطه محاسبه شده است. نتایج نشان می دهند که عملیات حرارتی صورت گرفته بر روی نمونه ها سبب کاهش مقادیر تنش پسماند به میزان تقریبی 33% شده است و روش برهمنگاری تصاویر دیجیتالی دقت کافی و مناسب برای اندازه گیری تنش پسماند به صورت غیرمخرب را در نمونه های ذکر شده دارا می باشد.
    کلیدواژگان: جوشکاری قوسی با محافظت گاز، فولاد A36، تنش پسماند، برهمنگاری تصاویر دیجیتالی
  • علی اکبر مجیدی جیرندهی*، سید حجت هاشمی، سجاد صیفوری صفحات 29-37
    اتصالات جوش در سازه های بزرگ علاوه بر آزمایش های غیرمخرب، باید توسط آزمایش های مخرب مکانیکی (مانند آزمایش کشش و ضربه) نیز تایید شوند. آزمایش ضربه سقوطی روشی مطمین جهت ارزیابی توانایی توقف ترک در شکست نرم است. تحقیقات گذشته با تمرکز بر اندازه گیری انرژی شکست در آزمون ضربه سقوطی به روش المان محدود و مقایسه با مقدار تجربی فولاد پایه انجام گرفته است. اما در تحقیق حاضر از درزجوش مارپیچ فولاد API X65 که در بدنه لوله واقعی خطوط انتقال گاز قرار داشت، استفاده شده است. نمونه ها با دستگاه ضربه سقوطی مجهز شده آزمایش شدند و نمودار نیرو-تغییر مکان حاصل از دو روش عددی و تجربی بر اساس ضریب اصلاح، ارزیابی و مقایسه شده اند. با در اختیار داشتن ضریب اصلاح (که در آن از مشخصه های مهم منحنی نیرو-تغییر مکان مانند انرژی کل جذب شده، انرژی رشد ترک و همچنین انرژی شروع ترک استفاده می شود)، می توان به نمودار نیرو-تغییر مکان استخراج شده از شبیه سازی که برای بدست آوردن مقادیر واقعی آن باید متحمل وقت و هزینه نسبتا زیادی شد، با دقت قابل قبولی اعتماد کرد. برای فولاد مورد استفاده در تحقیق حاضر ضریب اصلاح برای فولاد پایه و درزجوش مارپیچ، 8/1 بدست آمده است. استفاده از این مقدار برای فولادهای با گرید مشابه نیز قابل قبول خواهد بود. ضریب اصلاح برای درزجوش با استفاده از شبیه سازی که با روش اصلاح شده گرسون انجام شد، 7/1 بدست آمده است که اختلاف آن با مقدار تجربی ناچیز است.
    کلیدواژگان: آزمایش ضربه سقوطی، درز جوش مارپیچ، فولاد API X65، ضریب اصلاح، مدل شکست لوله
  • علی محمد کلاگر* صفحات 38-45
    سویلر محفظه احتراق توربین گاز معمولا از جنس سوپرآلیاژهای پایه نیکل طراحی و به روش مرسوم ریخته گری دقیق تحت خلاء تولید می شود. تولید اینگونه قطعات بخاطر پیچیدگی های هندسی، دقت ابعادی بالا و همچنین استفاد از ماهیچه سرامیکی با ضایعات بالایی همراه می باشد. در دهه های اخیر استفاده از فرایند ساخت افزایشی بعنوان روش نوین و جایگزین برای تولید قطعات پیچیده فلزی صنایع نیروگاهی رو به رشد بوده و به طور ویژه مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق سویلر توربین گاز از جنس سوپرآلیاژ پایه نیکل IN625 به روش ذوب انتخابی لیزر در شرایط بهینه ای از متغیرهای اصلی فرایند ساخت نظیر توان لیزر، سرعت اسکن و اندازه ضخامت لایه های ذوب شده با هدف دستیابی به ریز ساختار و خواص مکانیکی مطلوب با کمترین میزان انحراف ابعادی و کیفیت سطحی بالا ساخته شد. بررسی های ریزساختاری با استفاده از میکروسکوپ نوری بر روی نمونه های شاهد انجام شد و عیوب ساختاری نظیر ذوب موضعی ناقص، فازهای اکسیدی غیر فلزی، تخلخل و همچنین میکرو ترک شناسایی شد. سویلر پرینت شده به روش غیر تماسی ابعاد برداری و در کلیه سطوح مهم و نهایی با مدل کامپیوتری مقایسه شد. کیفیت سطحی و دقت ابعادی قطعه قابل قبول بوده و در محدوده تلرانسی ساخت قطعه ریختگی ارزیابی شد. همچنین آزمون های سختی و کشش در دمای محیط بر روی نمونه های شاهد عملیات حرارتی شده، انجام شد. نتایج نشان داد که مقادیر خواص کششی نمونه های پرینت شده در پارامترهای استحکام تسلیم و استحکام نهایی بالاتر ولی در پارامتر ازدیاد طول نسبی پایین تر و میزان سختی نیز یکسان بوده است.
    کلیدواژگان: ساخت افزایشی، ذوب انتخابی لیزر، سوپرآلیاژ
  • محمدمهدی انتظاریان، داود افشاری*، محمد کریمی ایوانکی صفحات 46-55

    هدف از این مطالعه، بررسی شکست اتصال جوش اصطکاکی اغتشاشی آلومینیوم 6061-T6 تحت آزمون کششی-برشی با استفاده از روش مکانیک آسیب می باشد. در گذشته به دلیل مشکل در ایجاد جوش های با استحکام بالا و مقاوم به خستگی و خوردگی در آلیاژهای آلومینیوم، جوش کاری را در این صنایع محدود کرده بود، اما با ظهور فرایند جوش کاری اصطکاکی اغتشاشی، استفاده از آلیاژهای آلومینیوم مورد توجه قرار گرفته و جوش کاری آنها امکان پذیر شده است. استفاده از مواد سبک بویژه آلیاژهای آلومینیوم در صنایع خودروسازی، کشتی سازی و هوافضا به سرعت در حال افزایش است و کارکرد این آلیاژها نیازمند توسعه ی روش های اتصال دهی و جوش کاری می باشد. لذا بررسی و تحلیل جوش اصطکاکی اغتشاشی دارای اهمیت بسیار بالایی می باشد. در این مطالعه جهت بررسی شکست اتصال جوش اصطکاکی اغتشاشی از روش مکانیک آسیب گارسون- تورگارد- نیدلمن استفاده شده است. شبیه سازی شکست اتصال جوش تحت بارگذاری کششی- برشی با بکارگیری روش المان محدود صورت گرفت و از روش مکانیک آسیب برای تحلیل شکست استفاده شده است. جهت صحت سنجی مدل، 8 نمونه شامل 4 نمونه جوش کاری اصطکاکی اغتشاشی با ابزار معمولی و 4 نمونه جوش-کاری اصطکاکی اغتشاشی با ابزار ماسوره ای، جوش کاری شده و استحکام شکست آنها تحت آزمون تجربی کششی-برشی اندازه گیری شده است. مقایسه میان نتایج مدل مکانیک آسیب و آزمون تجربی نشان می دهد مدل مکانیک آسیب گارسون دارای دقت نسبتا 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 کاری اصطکاکی اغتشاشی استفاده نمود.

    کلیدواژگان: جوش اصطکاکی اغتشاشی، آلیاژ آلومینیوم 6061-T6، ابزار ماسوره ای، مکانیک آسیب، گارسون- تورگارد- نیدلمن
|
  • MohammadReza Taherzadeh ghahfarokhi, MohammadReza Karafi Pages 1-10

    In this paper, a six-axis force/torque sensor is designed and fabricated using strain gauge. The characteristic of minimal mechanical coupling or independent output voltages is very important in designing this type of sensors. For this purpose, an arrangement consisting of 24 strain-gauges is used so that the output voltages of the six Wheatstone bridges corresponding to the loading components are independent of each other. Sensor is subjected to single and combined loads, the output of the Wheatstone bridges is measured and coupling error is calculated. An average of 7.3% of coupling error indicates the independence of the outputs from each other. The calibration process was performed according to the ANSI1979 and the sensor specifications were calculated. The minimum accuracy and maximum nonlinearity error are related to Fx loading and equal to 14.78%Fs and 6.42%Fs respectively and the maximum repeatability error related to the Mz loading is equal to 9.63%Fs. In order to reduce hysteresis losses, loading is applied directly to flexible structure for the Fz. As a result, the accuracy has increased significantly to 3.99%Fs and the errors of nonlinearity and repeatability have decreased to 0.52%Fs and 2.60%Fs.

    Keywords: Six-axis Force, Torque Sensor, Strain Gauge, flexible structure, Mechanical coupling
  • Masumeh Ghorbani, Shahin Mesroghli * Pages 11-17
    Ore sorting proposed as an important step in the ore dressing of chromite processing and limited results have been reported in this field. By using this method, which is included in the classification of physical separations, significant energy savings and increased production are made. In this project, the separation of chromite has been accomplished by designing and building an ore sorting device. For this purpose, minerals are first imaged by a 3D scanner, and after creating a cloud of points, the volume of the corresponding stone piece is obtained, and based on that, the equivalent diameter of the stone piece is determined. Then ores placed on the device’s conveyor and the mass of each pieces are measured by load cell sensor and the density of minerals determined. Finally, according to the size and specified conditions of each fraction, the grade of stone pieces determined and based on the specified limit for grade, it is directed to the concentrate section (valuable part) or tailings (non-valuable part). The obtained results illustrated that the Sabzevar chromite with a grade of 26.16 percent with gaunge minerals after ore sorting, produces an initial concentrate with 33.11 and 83.92 percent of the grade and recovery respectively.
    Keywords: Advanced ore sorting, physical separation, Chromite, Separation Efficiency
  • Peyman Ghasemi Tamami Pages 18-28
    In this paper, nondestructive measurement of residual stress in welded steel parts joint using digital image correlation method has been investigated. For this purpose, samples of A36 sheet were prepared and arc welding with shielding gas (GMAW) was performed on them. In order to measure nondestructive residual stress in all parts, digital image correlation method has been used. Base and welded samples with and without heat treatment have been evaluated with this method. The heat treatment of the samples is of the tempering type, which is performed in order to reduce the residual stress of the welded samples. In order to measure non-destructive residual stress, a new relationship has been introduced which is based on Hooke's law. Residual stress values are calculated by measuring the displacement and strain of the samples and placing their values in the given new relation. Examining the results, it has been found that the heat treatment performed on the samples has reduced the residual stress values by approximately 33% and the digital image correlation method has sufficient and appropriate accuracy for measuring nondestructive residual stresses.
    Keywords: Gas Metal Arc Welding, A36 sheet, Residual Stress, Digital Image Correlation
  • Aliakbar Majidi-Jirandehi *, Seyyed Hojjat Hashemi, Sajjad Seifoori Pages 29-37
    In addition to non-destructive testing, the weld joints in large structures must also be confirmed by mechanical destructive testing (such as tensile and impact tests). Drop weight tear test (DWTT) is a reliable test to evaluate ductile fracture and crack arrestability of pipelines. Previous research has focused on measuring and comparing the base metal fracture energy from DWTT using finite element and experimental methods. However, in the present research, the spirally welded seam of API X65 steel specimens were machined from an actual pipe and tested using DWTT. The load-displacement curves obtained from both numerical and experimental methods have been evaluated and compared regarding correction factors. Using the obtained correction factors (from important characteristics of the load-displacement curve such as total absorbed energy, crack initiation and propagation energy are used), the load-displacement curve of simulation can be relied upon with acceptable accuracy. Real curves can be obtained with a relatively large amount of time and money. For the steel used in the present study, the correction factor for base and weld metal is 1.8. The use of this value will also be acceptable for steels of the same grade. The weld metal correction factor using the simulation (based on Gurson-Tvergaard-needleman method) was 1.7, which was slightly different from the experimental value.
    Keywords: Drop weight tear test, spiral seam weld, API X65 Steel, Correction factor, Pipeline failure model
  • Ali Mohammad Kolagar * Pages 38-45
    The swirler of the gas turbine combustion chamber is usually designed from nickel-based superalloys and produced by the conventional precision casting method under vacuum. The production of such parts is associated with high waste due to geometrical complexity, high dimensional accuracy and also the use of ceramic cores. In recent decades, the use of the additive manufacturing process as a new and alternative method has been growing for the production of complex metal parts in the power plant industry. In this research, a gas turbine Swirler and several Inconel 625 samples were fabricated by SLM in optimal conditions of the main variables of the manufacturing process such as laser power, scanning speed and the thickness of the melted layer. Microstructural studies were performed by optical Microscope on samples and some structural defects such as incomplete local melting, porosity, non-metallic oxide phases and Microcracks were identified. The printed swirler was compared with the computer model in all important and final Surfaces by non-contact dimensioning method. The surface quality and dimensional accuracy of the part were acceptable and it was evaluated within the tolerance range of the casting part. Also, hardness and tensile tests at ambient temperature were performed on the heat treated samples. The results showed that the values of the tensile properties of the printed samples were higher in the parameters of yield strength and ultimate strength, but lower in the parameter of relative elongation and the hardness was also the same.
    Keywords: Additive Manufacturing, SLM, Superalloy
  • MohammadMahdi Entezarian, Davood Afshari *, Mohammad Karimi Ivanaki Pages 46-55

    The main purpose of this study is experimental and numerical investigation on failure of friction stir welded AA6061-T6 joint under tensile-shear test using damage model. In the past, due to the problem of development in high-strength welds, fatigue and corrosion resistance in aluminum, the use of welding in these industries was limited. However, with the advent of the friction stir welding process, aluminum alloys has been considered and their welding has become possible. The use of lightweight materials, especially aluminum alloys in the automotive, shipbuilding and aerospace industries is increasing rapidly and the operation of these alloys requires the development of joining and welding methods. Therefore, the study and analysis of friction stir welding is substantial. 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 model, 8 samples including 4 samples of friction stir welds with conventional tool and 4 samples with bobbin tool are welded with different welding parameters to obtain failure. The comparison between experimental and FE model results shows that 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: Friction stir welding, AA6061-T6, Bobbin Tool, Damage Model, Gurson-Tevergaard-Needleman