فهرست مطالب

مجله مهندسی ساخت و تولید ایران
سال دهم شماره 4 (تیر 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/12/29
  • تعداد عناوین: 6
|
  • پژمان نیک اندیش* صفحات 1-16
    امروزه، برای کنترل مطلوب فشار روغن و کاهش مصرف انرژی در مدارهای هیدرولیکی به کار رفته در ماشین های ثابت و متحرک، تغییر حجم جابجایی پمپ، متناسب با بار وارد بر جزء متحرک عملگر هیدرولیک، ضرورت دارد. برای این منظور، در این مقاله، از سوپاپ کنترل جابجایی با همپوشانی منفی در ساختار پمپ پیستون محوری استفاده شده است. برای ارزیابی عملکرد سوپاپ کنترل جابجایی، بازنویسی روابط ریاضی حاکم بر پمپ پیستون محوری در حوزه ی بسامد انجام گرفت. بررسی مدل ریاضی ارایه شده نشان داد که رسته ی تابع تبدیل پمپ پیستون محوری در سه وضعیت کاری متفاوت شامل، افزایش، کاهش و تثبیت حجم جابجایی، به ترتیب، برابر با 7، 5 و 3 می باشد. برای ارزیابی درستی مدل ریاضی ارایه شده، طراحی و ساخت سامانه ی انتقال توان هیدرولیکی شامل پمپ پیستون محوری، موتور هیدرولیک جابجایی ثابت و سوپاپ کنترل جریان بدون جبران کننده ی فشار، انجام گرفت. انطباق مناسب پاسخ بسامدی حاصل از نتایج تجربی با نتایج حاصل از مدل ریاضی، به ویژه در بسامدهای پایین، درستی مدل ریاضی ارایه شده را تایید کرد. بررسی های بیشتر نشان داد که به کارگیری سوپاپ کنترل جابجایی برای تغییر دبی پمپ پیستون محوری در سه وضعیت کاری، موجب عملکرد پایدار پمپ در سامانه ی انتقال توان هیدرولیکی گردید.
    کلیدواژگان: پمپ، حجم جابجایی، مدل ریاضی
  • وحید زارع، عباس مزیدی*، قاسم امیریان صفحات 17-26
    در این پژوهش عوامل موثر بر دامنه ی ارتعاشات سیم در دستگاه وایرکات با استفاده از معادلات ریاضی حاکم بر ارتعاشات سیم بررسی شده و راهکارهایی برای به حداقل رساندن دامنه ی این ارتعاشات در هنگام ماشین کاری ارایه شده است. در نتیجه ی کاهش دامنه ی ارتعاشات در هنگام ماشین کاری، دقت برش بالا می رود و می توان برش هایی با سطح نهایی صاف تر پدید آورد. سیم برش دستگاه وایرکات به صورت یک تیر دو سر گیردار اویلر-برنولی متحرک با سرعت ثابت در امتداد سیم مدل سازی شده است و معادلات حاکم بر ارتعاشات آن با استفاده از اصل همیلتون استخراج شده است. سیم تحت تاثیر نیروهای مختلفی از قبیل نیروی حجمی حاصل از تخلیه ی الکتریکی بار بین سیم برش و قطعه ی کار، میرایی حاصل از مایع دی الکتریک، نیروی ناشی از گرمای ایجاد شده در ناحیه ی ماشین کاری و نیروی کشش محوری سیم قرار دارد. معادلات دیفرانسیل پاره ای حاکم بر ارتعاشات سیم برش با روش گلرکین به معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل و سپس حل شده است. نتایج این پژوهش نشان داده است که با افزایش نیروی کشش محوری، کاهش فرکانس تخلیه ی بار الکتریکی، کاهش فاصله ی بین هادی ها، کاهش دمای ایجاد شده در سیم و کمتر کردن ضخامت قطعه کار می توان دامنه ی ارتعاشی سیم را در حین ماشین کاری کاهش داد. نتایج نشان می دهد که افزایش دما به میزان 70 درجه در نیروی محوری 5/17 نیوتن می تواند منجر به افزایش 60 درصدی دامنه ارتعاشات سیم شود.
    کلیدواژگان: وایرکات، ارتعاشات سیم برش، سرعت سیم، ضخامت قطعه کار
  • حمید قاسمی میقانی*، ایمان دلفانی صفحات 27-36
    نوسازی ناوگان حمل بار در راستای سیاست های سند چشم انداز بیست ساله توسعه ایران (افق 1404)، با هدف رساندن سهم راه آهن در حمل کالا به میزان 30 درصد، می باشد. طراحی واگن های باری با بار محوری بیشتر، امکان افزایش ظرفیت باربری آن ها را فراهم می آورد، در راستای دستیابی به اهداف زیست محیطی از طریق انتشار کمتر گاز دی اکسید کربن می باشد و سبب کاهش قابل توجه هزینه حمل کالاها می شود، که این امر خود منجر به سرمایه گذاری بیشتر بخش خصوصی در حوزه ناوگان ریلی ایران می گردد. این مقاله به توسعه روش ارزیابی استحکام شاسی یک واگن باری لبه بلند با بار محوری 25 تن مطابق نیازمندی های استاندارد EN12663-2 و با استفاده از روش اجزا محدود می پردازد. نیازمندی های طراحی به تفصیل تشریح و مدل عددی مناسب برای هر نیازمندی توسعه داده شده است. نتایج شبیه سازی های انجام شده برای تمامی شرایط بارگذاری با معیارهای تعریف شده در استاندارد مقایسه و از صحت طراحی اطمینان حاصل شده است. نتایج شبیه سازی ها بیانگر آن است که از میان حالات مختلف بارگذاری، لیفت یک طرفه و دو طرفه ی واگن (حالات بارگذاری شماره LC7 و LC6) و نیز ترکیب بارگذاری فشاری و عمودی (حالت بارگذاری شماره LC8) سخت ترین شرایط بوده و تنش های موضعی بالایی را در شاسی به وجود می آورند که کاهش این تنش ها نیازمند تقویت کردن و یا ایجاد تغییرات هندسی در برخی اجزای شاسی می باشد. به طور کلی، نتایج این تحقیق به مهندسین صنعت ریلی کمک خواهد کرد تا نقاط بحرانی شاسی یک واگن باری را در شرایط بارگذاری مختلف شناسایی و اصلاح نمایند. چنین اصلاحاتی علاوه بر بهینه کردن وزن و افزایش استحکام و ازدیاد ظرفیت باربری واگن، موجب افزایش طول عمر و قابلیت اطمینان عملکرد آن نیز می شود.
    کلیدواژگان: شاسی، واگن، تحلیل استاتیکی، روش اجزا محدود، روش عددی
  • علی شیرافکن، غلامحسین مجذوبی، محمد کشفی* صفحات 37-47
    ورقه های فلزی الیافی در دهه گذشته به دلیل خواص مکانیکی مطلوب مورد توجه صنایع هوایی و خودروسازی قرارگرفته اند. این لمینت ها از لایه های فلزی نازک و یک لایه اپوکسی تقویت شده با الیاف تشکیل شده اند. گلار 1/2 از یک لایه اپوکسی تقویت شده با الیاف شیشه تشکیل شده که بین دولایه آلومینیوم 2024 قرارگرفته است. این مطالعه به بررسی تاثیر دما و نرخ کرنش برروی رفتار مکانیکی گلار 1/2 تحت بارگذاری خمشی تمرکز دارد. نمونه ها با نرخ بارگذاری 03/0 و 3/0 بر ثانیه و در دماهای 25، 60 و 100 درجه سلسیوس تحت آزمایش خمش قرار گرفتند. منحنی های نیرو-جابجایی برای خمش سه نقطه ای در دماها و نرخ های کرنش مختلف استخراج شدند. تغییرشکل لایه ها با استفاده از فن آوری پردازش تصویر رصد شدند. نتایج نشان داد که با افزایش دما از 25 به 100 درجه سلسیوس، حداکثر نیروی خمشی کاهش قابل توجهی دارد. این کاهش برای نرخ بارگذاری 03/0 بر ثانیه 51% و برای نرخ بارگذاری 3/0 بر ثانیه، 30% بود. با این حال، افزایش در نرخ بارگذاری گلار 1/2 منجر به افزایش بیشتر حداکثر نیروی خمشی شد. برای تمامی دماها، افزایش نرخ بارگذاری نیز باعث افزایش ضریب الاستیک خمشی شد. همچنین، نتایج نشان داد که با استفاده از تغییر شکل های به دست آمده در دماها و نرخ های بارگذاری مختلف، می توان تغییر شکل گلار 1/2 را در فرآیندهای شکل دهی کنترل نمود.
    کلیدواژگان: تورق، خمش سه نقطه ای، دما، نرخ کرنش، خواص مکانیکی
  • یاسر تقی پور لاهیجانی*، احمد مشایخی، وحید مدانلو، بهنام آخوندی، امین صفی جهانشاهی صفحات 48-61
    در این تحقیق، با استفاده از الگوریتم بهینه سازی کلونی زنبور عسل مصنوعی خواص مکانیکی نانوتیر کروم به گونه ای شناسایی شده است که خطای مدل ریاضی در تفسیر نتایج تجربی حداقل گردد. از آنجا که تیوری های محیط پیوسته مرسوم نمی توانند رفتار سازه ها در مقیاس نانو را به درستی شبیه سازی کنند، به علاوه، خیز بزرگ در ابعاد نانو دور از انتظار نیست، لذا، مدل سازی ریاضی خیز بزرگ تیر بر پایه اثرات سطح جهت پیش بینی رفتار نانوتیر کروم مد نظر قرار گرفته است. خواص مکانیکی نانوتیر کروم مقدار مدول الاستیک، مقدار تنش مانده سطح و خواص تکیه گاهی، یعنی، شیب اولیه تیر در تکیه گاه و ضریب فنر خمشی تکیه گاه در نظر گرفته شده اند. در این تحقیق اثرات خواص مکانیکی بر رفتار نانوتیر، هم به صورت مجزا و هم به صورت یکجا بررسی شده اند. مشخص گردیده است که برای شبیه سازی رفتار دقیق نانوتیر، هر چهار پارامتر باید در نظر گرفته شوند. به علاوه، در بین خواص مکانیکی مورد بررسی، حذف خواص تکیه گاهی در محاسبه خیزها، بیشترین خطا و حذف اثرات سطح کمترین خطا را ایجاد می کند. در ضمن، خطا در مقایسه با مراجع قبلی به مراتب کمتر شده است.
    کلیدواژگان: خواص مکانیکی، نانوتیر کروم، کلونی زنبور عسل مصنوعی، خیز، اثرات سطح
  • رضا سرخوش، حمید عرب قمی، امین فرخ آبادی* صفحات 62-77
    در این مقاله به فرآیند اصلاح سطح، ساخت و بررسی خواص مکانیکی و الکتریکی یک کامپوزیت نیمه زیست تخریب پذیر تهیه شده از پلیمر پلی پروپیلن و پارچه الیاف کنف پرداخته شده است. تولید نمونه های کامپوزیتی با استفاده انحلال پلیمر پلی پروپیلن در محلول زایلن و سپس ترکیب با پارچه الیاف تحت فشار و دمای پخت پرس گرم انجام شد. به منظور بهبود فصل مشترک الیاف و ماده زمینه و بهبود خواص مکانیکی نمونه های تولید شده، سطح پارچه الیاف کنف با استفاده از محلول 6 درصد سدیم هیدرواکسید به مدت 12 ساعت اصلاح سطح انجام شد. جهت تعیین خواص مکانیکی نمونه های تولید شده دو آزمون کشش و خمش سه نقطه انجام گرفت مدول الاستیک، تنش تسلیم، تنش نهایی، میزان حداکثر تغییر طول، و میزان چقرمگی از آزمون کشش اندازه گیری شدند و مورد تحلیل و بررسی قرار گرفتند استحکام خمشی و مدول الاستیک خمشی کامپوزیت از آزمون خمش به دست آمد. جهت تعیین و بررسی خواص الکتریکی کامپوزیت، آزمون ثابت دی الکتریک با استفاده از دستگاه تحلیلگر شبکه در باند x انجام شد بیشینه استحکام کششی و مدول یانگ کششی که در این پژوهش به دست آمد به ترتیب برابر با 8 مگاپاسکال و 6/1 گیگاپاسکال است. بیشینه ثابت دی الکتریک و تانژانت تلفات نمونه های تولیدی در باند x به ترتیب برابر با  48/3 و 24/0 است. درنهایت به منظور اعتبار سنجی نتایج به دست آمده در این تحقیق، نتایج آزمون های انجام شده با نتایج سایر مراجع در این زمینه مقایسه شده است.
    کلیدواژگان: کامپوزیت نیمه زیست تخریب پذیر، پارچه الیاف کنف، پلی پروپیلن، خواص مکانیکی، ثابت دی الکتریک
|
  • Pezhman Nikandish * Pages 1-16
    Nowadays, for optimal control of oil pressure and reduction of energy consumption in hydraulic circuits used in fixed and moving machines, it is necessary to change the displacement volume of the pump proportional to the load on the moving part of the hydraulic actuator. For this purpose, in this paper, a displacement control valve with negative overlap is used in the axial piston pump structure. In order to evaluate the performance of the displacement control valve, the mathematical relations governing the axial piston pump were written in the frequency domain. Examining the presented mathematical model showed that the order of transform function of the axial piston pump in three different working conditions, including increase, decrease, and stabilization of the displacement volume is 7, 5, and 3, respectively. To evaluate the correctness of the presented mathematical model, the design and construction of the hydraulic power transmission system including the axial piston pump, fixed displacement hydraulic motor, and flow control valve without pressure compensator was carried out. The appropriate matching of the frequency response obtained from the experimental results with the results obtained from the mathematical model, especially at low frequencies, confirmed the validity of the presented mathematical model. Further investigations showed that the use of the displacement control valve to change the flow rate of the axial piston pump in three working conditions resulted in the stable operation of the pump in the hydraulic power transmission system.
    Keywords: Pump, Displacement Volume, mathematical model
  • Vahid Zare, Abbas Mazidi *, Ghasem Amirian Pages 17-26
    Cutting with high accuracy is possible using wire electrical discharge machining or WEDM. Nonetheless, while machining parts, amplitude of vibration causes inaccuracy of cutting. The main topic of this research is investigating the factors affecting amplitude of vibration of the wire-tool in WEDM using mathematical governing equation of motion of wire electrode. Hence, machining and finding ways to reduce the amplitude of vibration is the main purpose of this research. The consequence of reducing amplitude of wire vibration is cutting with higher accuracy and having smoother finished surface. In this research, the governing equations of motion of the wire-tool vibration are obtained using the Euler-Bernoulli beam model, fixed at both ends and moving in axial direction. The wire undergoes different forces including the body force produced by electrical discharge, damping force caused by the dielectric fluid, thermal force produced in the machining area and the axial force. Thereafter, the partial differential equation of motion of the wire-tool is converted to an ODE equation using Galerkin's method and then it will be solved using fourth order Runge-Kutta method. The results of this research show that the amplitude of vibration can be decreased by increasing the axial force and the decreasing of electrical discharge frequency, wire length, temperature differences and reduction of the workpiece width. Also, the results show that increasing the temperature by 70 degrees in the axial force of 17.5N can lead to a 60% increase in the vibration amplitude of the wire. Also, the results show that increasing the temperature by 70 degrees in the axial force of 17.5N can lead to a 60% increase in the vibration amplitude of the wire.
    Keywords: WEDM, Wire-tool vibration, wire-tool velocity, Workpiece width
  • Hamid Ghasemi *, Iman Delfani Pages 27-36
    Upgrading of the rail vehicles is in line with the policies of the Iran's twenty-year development vision document (Horizon 1404) in order to increase the share of railways in the transportation of goods up to 30%. The design of freight wagons with higher axial load, provides the possibility of increasing the load carrying capacity of the wagons, helps to achieve environmental goals through less CO2 emission, and causes a significant reduction in the transportation cost, which itself leads to more investment by the private sector in the Iran's rail vehicles. This paper presents a computational platform to analyze the mechanical strength of a long-sided freight wagon with an axle load of 25 tons, according to the requirements of EN 12663-2 standard, using the finite element method. Design requirements are described in detail and appropriate numerical models are developed for each requirement. The results of the simulations performed in all loading conditions have been compared with the limits defined in the standard and the correctness of the design has been ensured. Numerical results depict that among all load cases, lifting at one end, lifting the whole vehicle (load cases LC6 and LC7) and compressive force and vertical load (load case LC8) cases are the most sever ones, and induce higher local stresses; which could be reduced by reinforcing or making some geometrical changes in the underframe. In general, the outputs of this research will help the railways engineers to identify and optimize the high stress regions of the freight wagon underframe, under different loading conditions. Such modifications, not only optimize the weight and increase the strength and the load carrying capacity of the wagon, but also increase its useful life time and operational reliability.
    Keywords: Underframe, wagon, Static analysis, Finite element method (FEM), Numerical Solution
  • Ali Shirafkan, Gholamhossein Majzoobi, Mohammad Kashfi * Pages 37-47
    Fiber metal laminates have garnered attention from the aviation and automotive industries due to their favorable mechanical properties. These laminates consist of thin metal layers and a fiber-reinforced epoxy layer. This study focuses on investigating and analyzing the impact of temperature and strain rate on GLARE 2/1 under bending conditions. GLARE 2/1 are composed of one layer of epoxy reinforced with glass fibers sandwiched between two layers of aluminum 2024. The samples were subjected to bending with loading rates of 0.03 and 0.3 1/s at temperatures of 25, 60, and 100 degrees Celsius.The force-displacement curves were extracted for three-point bending at different temperatures and strain rates. The deformation of the layers was observed using digital image correlation technology. The results indicate that, in GLARE 2/1 and at a constant loading speed, with increasing temperature, the maximum bending force decreases, this value decreased by 51% at a loading rate of 0.031/s and at 100 degrees Celsius compared to 25 degrees Celsius and this value decreased 30% at a loading rate of 0.3 1/s. Increasing the loading speed in GLARE 2/1 samples leads to a greater increase in the maximum bending force. The bending elastic coefficient at a loading rate of 0.3 1/s is higher than at a loading rate of 0.03 1/s at all temperatures. By utilizing the deformations obtained under different temperature and loading conditions, it is possible to control the deformation of GLARE 2/1 in forming processes.
    Keywords: Delamination, 3-Point Bending, Temperature, Strain Rate, Mechanical properties
  • Yasser Taghipour Lahijani *, Ahmad Mashayekhi, Vahid Modanloo, Behnam Akhoundi, Amin Safi Jahanshahi Pages 48-61
    In this research, by using an artificial bee colony optimization algorithm, the mechanical properties of chromium nanobeams have been identified in such a way that the error of the mathematical model in the interpretation of the experimental results be minimized. Since conventional continuous medium theories cannot correctly simulate the behavior of structures in the nanoscale, also, large deflections in nano dimensions are not far from expected, therefore, the mathematical modeling of the large deflections of the beam based on surface effects is considered to predict the behavior of chromium nanobeams. The mechanical properties of chromium nanobeam have been considered the value of elastic modulus, the value of residual surface stress and the values of support properties, that is, the value of initial slope of the beam at the support and the value of bending spring coefficient of the support. In this research, the effects of mechanical properties have been investigated separately and simultaneously on the behavior of nanobeams. It has been determined that all four parameters must be considered to simulate the exact behavior of the nanobeam. In addition, among the investigated mechanical properties, removing the support properties in the prediction of experimental deflections causes the most errors, and removing the surface effects causes the least errors. Furthermore, the error has been reduced by far compared to previous works.
    Keywords: Mechanical properties, Chromium nanobeam, Artificial Bee Colony, Deflection, Surface effects
  • Reza Sarkhosh, Hamid Arabqomi, Amin Farrokhabadi * Pages 62-77
    In this research, the process of surface modification, fabrication, and examination of the mechanical and electrical properties of a semi-biodegradable composite prepared from polypropylene and hemp fiber fabric has been discussed. Production of composite samples was done by dissolving polypropylene polymer in a xylene solution and then combining it with fiber fabric under pressure and temperature curing of a hot press. To improve the interface between the fibers and the matrix and to improve the mechanical properties of the produced samples, the surface of the hemp fiber fabric was modified using a 6% sodium hydroxide solution for 12 hours. To determine the mechanical properties of the produced samples, two tensile and three-point bending tests were performed. The elastic modulus, yield stress, ultimate stress, elongation, and toughness were measured from the tensile test and were analyzed and investigated. The bending of the composite was obtained from the bending test. To determine the electrical properties of the composite, the dielectric constant test was performed using a network analyzer in the x band. The maximum tensile strength and Young's modulus obtained in this research are 8 MPa and 1.6 GPa respectively. The maximum dielectric constant and loss tangent of the produced samples in the x-band is equal to 3.48 and 0.24, respectively. Finally, to validate the results obtained in this research, the results of the tests have been compared with the results of other authorities in this field.
    Keywords: Semi-biodegradable composite, hemp fiber fabric, polypropylene, Mechanical properties, Dielectric Constant