فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال بیست و یکم شماره 2 (بهمن 1399)

  • تاریخ انتشار: 1400/01/14
  • تعداد عناوین: 6
|
  • رزگار حسن زاده، طاهر ازدست* صفحات 69-78

    در تحقیق حاضر، بررسی خواص مکانیکی قطعات پلی لاکتیک اسید تولید شده با روش چاپگر سه بعدی FDM انجام گرفته است. بررسی و بهینه سازی شرایط فرآیندی چاپ سه بعدی توسط روش طراحی آزمایش (DOE) تاگوچی به منظور بهبود خواص قطعات پلی لاکتیک اسید در دستور کار قرار گرفته است. درصد پرشدگی (در سه سطح 30، 50 و 70 درصد)، زاویه رستر (در سه حالت 0/90، 30/30- و 45/45- درجه) و ضخامت لایه (در سه سطح 200، 250 و 300 میکرومتر) به عنوان پارامترهای فرآیندی انتخاب شده و اثر آن ها بر روی چگالی (به عنوان معیاری از تخلخل)، استحکام به ضربه (به عنوان معیاری از خواص مکانیکی) و استحکام به ضربه ویژه (نسبت استحکام به ضربه به چگالی) بررسی شده است. از آنالیز واریانس (ANOVA) به منظور شناسایی پارامترهای موثر فرآیندی استفاده گردید. نتایج نشان دادند که درصد پرشدگی موثرترین پارامتر بر روی چگالی و استحکام به ضربه می باشد و با کاهش آن، چگالی و استحکام به ضربه کاهش می یابند و این کاهش به گونه ای است که نسبت آن ها (استحکام به ضربه ویژه) تغییرات اندکی را تجربه می کند. ضخامت لایه موثرترین پارامتر بر روی استحکام به ضربه ویژه بود و با کاهش آن، استحکام به ضربه و استحکام به ضربه ویژه به دلیل تداخل رسترها افزایش یافت. شرایط بهینه برای دست یابی به بهترین خواص مکانیکی شامل زاویه رستر 30/30- درجه و ضخامت لایه 200 میکرومتر بود و درصد پرشدگی بایستی نسبت به کاربرد مدنظر بهینه گردد.

    کلیدواژگان: چاپگر سه بعدی، زیست تخریب پذیر، پلی لاکتیک اسید، خواص مکانیکی، بهینه سازی، FDM
  • محمد اعتمادی، علی محمد رشیدی* صفحات 79-89

    به منظورتعیین اثر عملیات فشردن در کانال های هم مقطع زاویه دار (ایکپ) بر رفتار تنش-کرنش هسته فولادی ماده دوفلزی فولاد/مس و همچنین تعیین اثر ضخامت پوسته مسی بر کشیدگی سطحی ایجاد شده طی فرایند ایکپ، نمونه های دوفلزی با جازدن میله های فولادی با قطر mm8 در داخل لوله های مسی با ضخامتmm75/0تهیه شدند. نمونه‎های دوفلزی و تک جزیی فولادی با استفاده از یک قالب ایکپ با زاویه خم داخلیo90 و خارجی o30 تحت فرایند ایکپ قرار گرفتند. در طول مدت حرکت نمونه ها از درون قالب ایکپ، مقدار نیروی اعمالی و جابجایی سنبه اندازه گیری و ثبت گردید. بر روی نمونه های اولیه و ایکپ شده، آزمون کشش انجام شد. همچنین مدل جدیدی برای بیان وابستگی کشیدگی سطحی به قطر نمونه دوفلزی، ضخامت پوسته و خواص استحکامی اجزاء سازنده ماده دوفلزی ارایه شد. اثر ضخامت پوسته بر کشیدگی سطحی با روش اجزاء محدود بررسی گردید. مطابق نتایج به دست آمده پس از یک بار فرایند ایکپ استحکام نهایی هسته فولادی نمونه دوفلزی فولاد/مس و فولادی تک جزیی به ترتیب 60 و 108 درصد افزایش یافت. نیروی فشردن نمونه های دوفلزی فولاد/مس به داخل قالب ایکپ54 درصد کمتر از نمونه های تک جزیی فولادی بود. طبق نتایج حاصل از مدلسازی با روش اجزاء محدود، میزان بیشینه کشیدگی سطحی با افزایش ضخامت پوسته به صورت خطی کاهش یافت. بین نتایج مدل تحلیلی ارایه شده برای بیان اثر ضخامت پوسته بر بیشینه کشیدگی سطحی و نتایج حاصل از روش اجزاء محدود هم خوانی خوبی مشاهده شد.

    کلیدواژگان: فشردن در کانال های هم مقطع زاویه دار، ماده دوفلزی فولاد، مس، نیروی سنبه، کشیدگی سطحی، ضخامت پوسته، استحکام کششی
  • شهاب الدین زارع، محمد گلزار*، مهدی انصاری صفحات 91-98

    داربست های حافظه شکلی با محرک دما زیر مجموعه ای از مواد هوشمند می باشد که مطالعه‏ی رفتار ترمومکانیکی آن ها برای شناخت دقیق عملکرد ضروری است. در این مقاله داربست پلیمری حافظه شکلی از جنس پلیلاکتیک اسید به روش لایه نشانی مذاب در سه حالت استوانه‎ای مشبک لانه زنبوری، لوزی شکل و بیضی شکل ساخته شده‎است. پارامترهایی نظیر ابعاد طولی و ضخامت دیواره ی داربست های به چاپ رسیده نسبت به داربست های طراحی شده مورد مقایسه قرار گرفته است و راهکارهایی جهت بالابردن دقت چاپ ارایه گردید. داربست های ساخته شده گزینه‎ی مناسبی برای کاربرد استنت می‎باشند. آزمایش‎هایی با اعمال کرنش محوری 30% به منظور مطالعه رفتار حافظه شکلی پلیمر بر روی داربست‎ها انجام شد. نتایج نشان داد که درصد بازیابی شکل داربست‎های دارای شبکه های توری شکل متقارن زاویه دار، نسبت به ساختار مشبک بیضی شکل بیشتر است. کمینه‎ی درصد بازیابی طولی متعلق به ساختار مشبک بیضی شکل بوده و برابر است با 74/5%. بازیابی طولی داربست‎های مشبک لانه زنبوری و لوزی شکل تقریبا یکسان و برابر با 80/3%. می‎باشد. از نتایج این پژوهش می‎توان در طراحی استنت‎هایی با درصد بازیابی شکلی بالا و نیز بهینه سازی هندسه شبکه های استنت به منظور افزایش نیروی بازیابی هنگام به برطرف کردن گرفتگی عروق استفاده نمود.

    کلیدواژگان: داربست حافظه شکلی، استنت، آزمایش تجربی، بازیابی شکلی
  • علی سنبلی*، رضا بیگی، محمدحسین علیرضائی مجدآباد کهنه صفحات 99-108

    در این پژوهش، ابتدا جوشکاری آلومینیوم به مس با استفاده از فرآیند جوشکاری اصطکاکی-اغتشاشی انجام شد و سپس خواص مکانیکی حاصل از تغییرشکل پلاستیک ناشی از نورد، با درصد کاهش در ضخامت های 30 و 60 بررسی و با نمونه جوشکاری شده بدون نورد مقایسه شد. نتایج آزمون کشش نشان داد که استحکام کششی نهایی نمونه ها به ترتیب برای نمونه جوشکاری شده بدون نورد، MPa  99، 30 درصد کاهش در ضخامت، MPa  143 و 60 درصد کاهش در ضخامت، MPa  132 بوده و در نمونه جوشکاری شده بدون نورد، شکست از زمینه آلومینیومی رخ داده است ولی در حالت نورد شده با  30 و 60 درصد کاهش در ضخامت، شکست دقیقا از مرز جوش بوده است. بررسی های ریزساختاری منطقه جوش و سطح شکست نمونه ها نشان داد که ترکیبات بین فلزی Al4Cu9 و Al3Cu که از شایع ترین ترکیبات بین فلزی دراین نوع اتصالات غیر مشابه است، در این نواحی به وجود آمده است. به وجود آمدن این نوع ترکیبات در مرز جوش، یکی از عوامل مهم شکست از مرز اتصال در نمونه های جوشکاری و نورد شده است. نتایج سختی سنجی نیز وجود این ترکیبات بین فلزی را اثبات کرد. با افزایش درصد کاهش در ضخامت نورد از 30 به 60، استحکام جوش با افزایش میکروترک ها، ناشی از همین ترکیبات بین فلزی، کاهش یافته است. در نهایت می توان گفت با انتخاب بهینه درصد کاهش در ضخامت در فرآیند نورد (30 درصد)، می توان استحکام کششی نهایی نمونه های غیر مشابه Al/Cu جوشکاری شده به روش اصطکاکی-اغتشاشی را به میزان قابل توجه(حدود 43 %) افزایش داد.

    کلیدواژگان: تغییرشکل پلاستیک، نورد، خواص مکانیکی، اتصالات غیر مشابهAl، Cu، جوشکاری اصطکاکی- اغتشاشی
  • مهدی لک، سید علی صدوق ونینی*، علی قاسمی صفحات 109-116

    عملیات سطحی کوبش فراصوتی (اولتراسونیک نیدل پینینگ) از روش های نوین قابل استفاده جهت تقویت سطوح قطعات فلزی در برابر بارگذاری های استاتیکی و دینامیکی می باشد. استفاده از این فرایند نیازمند انتخاب دقیق و بهینه پارامترهای عملکردی است. در پژوهش حاضر، با استفاده از مطالعه عددی تاثیر پارامترهای مانند: قطر پین (Needle)، دامنه، سرعت حرکت دستگاه و نیروی استاتیکی بر روی تنش پسماند ایجاد شده روی ورق های آلومنیوم آلیاژی Al6061 بررسی شده است. با استفاده از دستگاه تفرق اشعه ایکس تنش پسماند اندازه گیری شد. از روش لایه برداری الکتروشیمیایی جهت اندازه گیری توزیع تنش پسماند در عمق نمونه استفاده گردید. مدل سه بعدی اجزاء محدود فرایند عملیات سطحی کوبش فراصوتی با استفاده از نرم افزار آباکوس شبیه سازی شد. با استفاده از اندازه گیری های آزمایشگاهی تنش پسماند مدل اجزا محدود ارایه شده اعتبار سنجی شد. سپس، پارامترهای مهم فرایند کوبش فراصوتی با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود بررسی شد. جهت طراحی آزمایش ها و بهینه سازی  پارامتراهای فرایند از روش تاگوچی استفاده شد. بر اساس نتایج مشخص شد که قطر پین در مقایسه با پارامترهای دیگر تاثیر کمتری بر روی تنش پسماند فشاری بیشینه دارد و تنش پسماند با افزایش دامنه و کاهش سرعت حرکت ابزار افزایش می یابد. همچنین، در حالت انتخاب پارامترهای بهینه بیشینه تنش پسماند 24% افزایش یافت.

    کلیدواژگان: کوبش فراصوتی، اجزاء محدود، بهینه سازی، تنش پسماند
  • رضا سرخوش*، حمیدرضا زارعی صفحات 117-127

    تحمل دماهای بالا در مواد مرکب یکی از پارامترهایی است که همواره مورد توجه می باشد. به ویژه زمانی که این نوع مواد در بخش های حساس وسایل پرنده مورد استفاده قرار می گیرند. عموما بخش های حساس وسایل پرنده می بایست علاوه بر شفافیت راداری، مقاومت مکانیکی خوبی نیز در دماهای بالا دارا باشند. به این منظور کامپوزیت با زمینه تفلون یکی از گزینه های مناسب می باشد. تفلون از جمله پلیمرهایی است که دارای مقاومت در برابر حرارت بالا و ثابت دی الکتریک پایین است. در این مقاله فرآیند آماده سازی کامپوزیت پلیمری تفلون تقویت شده با الیاف شیشه به روش پخت معمولی صورت گرفته است. به منظور دستیابی به فرآیند بهینه پخت کامپوزیت زمینه تفلون، سیکل های مختلف دما و زمان انتخاب و بررسی شده و سیکل بهینه پخت این گونه مواد مرکب با روش طراحی آزمایش بدست آمده است. درادامه خواص مکانیکی کامپوزیت های تولید شده با فرآیند پخت متفاوت، اندازه گیری شدند. جهت تعیین خواص مکانیکی آزمون کشش و جهت تعیین خواص الکتریکی و اکترومغناطیسی آزمون تست ثابت دی الکتریک در باند X انجام گرفت. هم چنین تانژانت تلفات کامپوزیت تولید شده نیز به دست آمد. ماکزییم استحکام کششی و مدول یانگ کششی که در این پژوهش به دست آمد به ترتیب برابر با 130 مگاپاسکال و 3/65 گیگاپاسکال است. ماکزیمم ثابت دی الکتریک و تانژانت تلفات نمونه های تولیدی در باند X به ترتیب برابر با  2/37 و 0/096 است. درنهایت به منظور اعتبار سنجی نتایج بدست آمده در این تحقیق، نتایج آزمون های انجام شده با نتایج سایر مراجع در این زمینه مقایسه شده است.

    کلیدواژگان: رزین تفلون، کامپوزیت پایه تفلون، خواص مکانیکی و الکترومغناطیسی، ثابت دی الکتریک، تانژانت تلفات
|
  • Rezgar Hasanzadeh, Taher Azdast* Pages 69-78

    In this study, the mechanical properties of poly lactic acid samples produced by FDM 3D printing technique were investigated. The 3D printing process parameters were optimized using design of experiment (DOE) Taguchi approach for achieving the optimum mechanical performance. In this regard, infill percentage (at three levels of 30, 50, and 70%), raster angle (at three states of 0/90, -30/30, and -45/45 degree), and layer thickness (at three levels of 200, 250, and 300 µm) were considered as process parameters for optimization procedure. Their effects on density (as porosity degree), impact strength (as mechanical property), and specific impact strength (the impact strength to density ratio) were investigated. Analysis of variance (ANOVA) was utilized to find the most effective processing parameters. The findings revealed that the infill percentage was the most effective parameter on the density and the impact strength. The density and the impact strength were reduced with the decrease of the infill percentage. These decrements were in a way that their ratio, specific impact strength, was almost constant. The layer thickness had the most influence on the specific impact strength. The specific impact strength was improved by reducing the layer thickness due to the raster entanglement. The optimum conditions to achieve the highest mechanical performance were the raster angle of 30/-30 degree and the layer thickness of 200 µ. The optimum infill percentage depended on the application.

    Keywords: 3D printing, Biodegradable, Poly lactic acid, Mechanical properties, Optimization, FDM
  • Mohamad Etemadi, Ali Mohammad Rashidi* Pages 79-89

    To determination of equal-channel angular pressing(ECAP) process on the stress-strain behavior of  steel core of steel/copper bimetal and also effect of Cu-shell thickness on the created surface stretch during ECAP, the bimetallic samples composed of steel rods with 8 mm diameter and copper shells with 0.75 mm thickness are prepared. The both bimetallic samples and steel rods with 9.5 mm are subjected to consecutive ECAP process using die with inner angle 90o and an outer curvature corner angle of 30o. The applied load and punch displacement are recorded during samples passing through an ECAP die. The tensile testing is carried out on both the initial and ECAPed series. Moreover, dependence of surface stretch to diameters, shell thickness and strength properties of constituents of core/shell bimetallic rods is analytically modeled. Then, the finite element method(FEM) is used to investigate the effect of Cu-shell thickness. The obtained results revealed that the ultimate tensile strength of bimetallic core and steel rods are improved approximately 60% and 108% by ECAP deformation, respectively. The applied punch load for passing of bimetallic sample through an ECAP die is 54% less than the ones for steel rod. According to the FEM results, the maximum value of surface stretch is linearly decreased with increasing the thickness of copper shell. The obtained results show a good agreement between the analytical model and FEM approach.

    Keywords: Equal channel angular pressing, Steel, copper bimetallic materials, Surface stretch, Shell thickness, Ultimate tensile strength
  • Shahab Zare, Mohammad Golzar*, Mehdi Ansari Pages 91-98

    Memory-shaped polymers are thermally induced subsets of intelligent materials that require thermomechanical behavior to accurately understand their function. In this study, polymeric memory scaffolds were fabricated using polylactic acid by molten labeling method in three reticular honeycomb, rhombic and elliptical form. Parameters such as longitudinal dimensions and wall thickness of printed scaffolds compared to the designed scaffolds and solutions were presented to enhance the printing accuracy. Built-in scaffolds can be a good option for stent use. Formal memory properties experiments with 30% axial strain were performed to study the shape memory behavior of polymer on scaffolds. The results showed that the percentage of shape recovery in scaffolds with symmetric angular grid networks was higher than elliptical reticular stents. The minimum percentage of longitudinal recovery belonged to the elliptical reticular stent and was 74.5%. The percentage of longitudinal recovery of honeycomb and rhododendron reticular stents is approximately equal to 80.3%. The results of this study can be used to optimize the stent grid geometry to increase the retrieval force to resolving vascular clogging.

    Keywords: Shape memory scaffold, stent, experimental test, shape recovery
  • Ali Sonboli*, Reza Beygi, MohammadHossein Alirezaie Majdabad Kohneh Pages 99-108

    In this study, aluminum-to-copper welding was performed by friction stir welding (FSW) process and then the mechanical properties of the joints were evaluated and compared with the ones rolled to reductions of 30 and 60 percent. Tensile strengths (UTS) of the joints were 99 MPa, 143 MPa, and 132 MPa, for the initial weld, 30% rolling reduction, and 60% rolling reduction, respectively and in the non-rolled weld specimen, fracture occurred from the aluminum base material but in rolled welds, the fracture occurred precisely from the weld interface. Microstructural studies of the weld region and fracture surface of the specimens showed that the Al4Cu9 and Al3Cu intermetallic compounds, which are the most common intermetallic compounds in this type of dissimilar joining, formed in these areas. The presence of these compounds at the weld interface and propagation cracking during rolling has been one of the important factors in the failure of the weld interface in the rolled specimens. Results of the hardness test also confirmed the existence of these intermetallic compounds. By increasing the percentage of rolling reduction from 30% to 60%, the welding strength decreased due to the increase in the number of micro-cracks of the intermetallic compounds. Finally, it can be said that by choosing the optimal percentage reduction in the rolling process (30%), can be significantly increased (about 43%).  the ultimate tensile strength of dissimilar Al/Cu joints produced by friction stir welding (FSW).

    Keywords: Friction Stir Welding, Plastic Deformation, Rolling, Mechanical Properties, Dissimilar Al, Cu joints
  • Mehdi Lak, Seyed Ali Sadough Vanini*, Ali Ghasemi Pages 109-116

    Ultrasonic needle penning is a modern technique that enhances the surface properties of metallic components by imposing static and dynamic loadings. The efficiency of this technique dramatically is dependent on the process parameters. In this study an experimental and numerical investigation on ultrasonic needle penning was carried out. The numerically predicted residual stress profile was verified using X-ray diffraction measurement of residual stress. A 3D finite element model of ultrasonic needle penning was simulated by ABAQUS software. Moreover, a parametric study was performed to investigate the effects of needle diameter, amplitude, device moving speed and static force on residual stress distribution. In order to design of experiments and determine the optimized process parameters of ultrasonic needle penning, Taguchi’s method was implemented. Based on the results, needle diameter had the lowest impact on maximum compressive residual stress and residual stress increases by increasing amplitude and reducing device moving speed. The maximum residual stress was achieved for the needle diameter of 4mm, the amplitude of 16µm, the device moving speed of 1.5cm/s and the static force of 10N. For the optimum case, compressive residual stress was improved 24%.

    Keywords: Ultrasonic needle peening, Finite element, Optimization, Residual stress
  • Reza Sarkhosh*, Hamidreza Zarei Pages 117-127

    Composites that withstand high temperatures are one of the parameters that always is the focus of attention. Especially when this type of material in sensitive parts flying craft is used. Generally, sensitive parts of flying craft should be also, radar transparency, have good mechanical strength at high temperatures. PTFE matrix composite is one of the options suitable for this purpose. PTFE is one of the polymers that have high heat resistance and low dielectric constant. This article processing preparation of glass fiber reinforced PTFE polymer matrix composites with conventional sintering methods. Then composite sheets made from E-glass woven fabric with PTFE have been produced with conventional sintering methods. To achieve optimal sintering processing of PTFE matrix composite, various cycles of time and temperature were selected and the optimal sintering cycle for such composite materials is obtained by the design of the experimental method. Then the mechanical properties of composites with different sintering processes were measured. To determine the mechanical properties, a tensile test was performed, and to determine the electrical and electromagnetic properties, a dielectric constant test in X-band was performed. The loss tangent, as well as composite products obtained. The maximum tensile strength and tensile modulus were achieved in this research respectively equal to 130 Mpa and 3.65 GPa. Constant dielectric and Loss tangent of the samples produced in the x-band are 2.37 and 0.096, respectively. Finally, to validate results in this research, the results of the performed tests were compared with the results of other references in this context.

    Keywords: Polytetrafluoroethylene resin, PTFE-based composites, mechanical, electromagnetic properties, dielectric constan, Loss tangent