فهرست مطالب

مهندسی ساخت و تولید ایران - سال هشتم شماره 4 (تیر 1400)

مجله مهندسی ساخت و تولید ایران
سال هشتم شماره 4 (تیر 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/04/29
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مرتضی محبی، ولی الله پناهی زاده*، محمد حسین پور صفحات 1-11

    در این مقاله برای بررسی اثر شکل دهی در حالت تنش دو محوری بر روی خواص مکانیکی ورق در حالت کشش تک محوری، چند دیسک تخت فلزی در فرایند هیدروفرمینگ تحت تنش دو محوری متفاوت ناشی از فشار سیال متفاوت شکل دهی شدند. سپس بر روی آن ها شیارهایی ایجاد شد تا نوع بارگذاری از حالت تنش دو محوری به کشش تک محوری تغییر کند. این نمونه ها مجددا تحت فشار سیال قرار گرفتند تا میزان تحمل آن ها در برابر فشار سیال در حالت تنش های تک محوری تعیین شود. از نتایج این مقاله می توان فشار پارگی راپچردیسک کامپوزیت را در هر اندازه ای با استفاده از شبیه سازی عددی با خطای حدود 8% پیش بینی کرد. راپچردیسک وسیله ای است که با بالارفتن فشار سیال عمل می کند و مانع از آسیب های ناشی از فشار بیش از اندازه به تجهیزات می شود. در راپچردیسک کامپوزیت مسیر کرنش غیرخطی اتفاق می افتد. درصورتی که نوع بارگذاری در زمان شکل دهی ورق تغییر کند برای مثال ورق تحت تنش دو محوری تغییر شکل دهد و سپس تحت کشش تک محوری قرار بگیرد، بیشترین کرنش و نیروی قابل تحمل ورق تغییر خواهد کرد. مقایسه ی فشار پارگی نمونه های آنیل شده تحت خلا با نمونه های مشابه آنیل نشده بعد از کارسختی ناشی از تنش دومحوره، امکان افزایش فشار پارگی بیشتر از 64% را متناسب با میزان کارسختی نشان می دهد. همچنین در این مقاله با استفاده از محاسبات تحلیلی و شبیه سازی، برابری میزان کرنش ناشی از تنش دومحوره در نسبت ارتفاع به قطر شکل دهی (h/d) یکسان، اثبات شد.

    کلیدواژگان: تنش دو محوری، مسیر کرنش غیرخطی، راپچردیسک، شبیه سازی عددی و تحلیلی
  • سید حسین الهی*، مبینا فخیمی، محمد عبدی صفحات 12-18

    گچ یکی از مصالح ساختمانی پر مصرف و ارزان در صنعت ساختمان سازی است که در عمل تقریبا در هر ساختمانی به شکل های مختلف استفاده می شود. علی رغم داشتن خواص منحصر به فرد، استحکام کم به ویژه در حالت کشش و خمش از جمله نقطه ضعف های اصلی این ماده است که باعث شده است که از آن بیشتر در نماسازی که نیاز به تحمل بار زیادی نمی باشد، استفاده شود. استفاده از الیاف به ویژه الیاف باطله برای افزایش استحکام گچ به طور گسترده استفاده شده است. ولی بیشتر دستاوردها در زمینه الیاف بلند بوده و الیاف کوتاه خیلی در این زمینه موفق نبوده اند. متاسفانه تهیه الیاف بلند از مواد باطله همواره مشکل و بسیار محدود می باشد. در این پژوهش از الیاف کوتاه باگاس با ابعاد با درصدهای وزنی مختلف برای ساخت کامپوزیت زمینه گچی استفاده شد. سپس استحکام خمشی کامپوزیت انداره گیری شد. نتایج نشان می دهد که در کامپوزیت های با الیاف کوتاه تر و درصد الیاف کم تر استحکام نه تنها افزایش نیافته است بلکه کاهش یافته است. نکته جالب توجه این است که به هر حال در هر طول الیاف می توان کامپوزیتی با استحکام بالاتر تولید کرد و این امر در الیاف کوتاهتر در درصدهای الیاف بیشتر صورت می گیرد. در حقیقت طول الیاف و درصد الیاف نقش مشابهی رو ایفا می کنند و هر دو می توانند تا حد خیلی زیادی همدیگر را تقویت کنند و می توانند کاستی یکدیگر را جبران کنند.

    کلیدواژگان: کامپوزیت زمینه گچی، الیاف باگاس، الیاف کوتاه، استحکام خمشی
  • مصطفی حسینی واجاری، سهیل داریوشی*، مرتضی بهزادنسب صفحات 19-26

    پیله کرم ابریشم یک ساختار سلسه مراتبی با عملکرد چندگانه است که طی میلیونها سال جهت ایجاد شرایط بهینه برای دگردیسی و حفظ جان حشره در مقابل شکارچیان تکامل یافته است. در این مقاله با الهام گیری از ساختار پیله کرم ابریشم، هسته دو نوع سازه ساندویچی مشبک باز طراحی شد. به این منظور میله های مستقیم موجود در ساختار مکعبی مرکزدار و ساختار کاگومی با میله های خمیده به شکل حلقه جایگزین شد. برای ساخت سازه های مشبک طراحی شده به دلیل پیچیدگی هندسه و دقت ابعادی بالا از روش چاپ سه بعدی پلیمریزاسیون نوری استفاده شد. در این روش قطعه مستقیما از داده های هندسی سطوح آن که به کمک کامپیوتر طراحی شده است، به صورت لایه به لایه با استفاده از رزین های پخت نوری ساخته میشود. پس از ساخت قطعات، آزمون فشار شبه استاتیکی بر روی نمونه ها انجام گرفت. نتایج بدست آمده نشان داد که ساختارهای اصلاح شده قابلیت تغییر شکل بزرگتری بدون ایجاد شکست دارند و جذب انرژی در آنها به صورت یکنواخت صورت می گیرد. اگرچه ساختارهای اصلاح شده مدول الاستیک و جذب انرژی کمتری دارند اما کرنش الاستیک بزرگتر و روند تدریجی شکست در این سازه ها از مزایای مهم آنها به حساب می آید که در کاربردهای مختلف مانند جاذب های انرژی یا ایمپلنت های پزشکی که وظیفه تحمل بار ندارند، می تواند مورد توجه قرار بگیرد.

    کلیدواژگان: سازه ساندویچی، پرینت سه بعدی، پیله کرم ابریشم، بار فشاری
  • رسول ندرلی، علی فضلی*، مهدی سلطان پور، پرویز اسدی صفحات 27-38

    ورق های کامپوزیتی سه لایه آلومینیوم/ پلیمر/ آلومینیوم از جمله مواد جدیدی هستند که در جهت کاهش وزن و مصرف سوخت وسایل نقلیه در حال توسعه می باشند. استفاده از روش های رایج برای اتصال این مواد به سایر بخش های سازه، بسیار پرچالش است. در این پژوهش، قابلیت اتصال ورق سه لایه آلومینیوم/ پلیمر/ آلومینیوم به یک ورق تک لایه آلومینیوم به ضخامت 1 میلیمتر توسط فرایند کلینچینگ، که یک فرایند اتصال با شکل دهی است، بررسی شده است. ورق های سه لایه از آلومینیوم 5754 و پلی اتیلن با ترکیب ضخامتی 0.5-0.6-0.5 میلیمتر، تحت شرایط آزمایشگاهی ساخته شدند. اثر عمق نفوذ پین و زاویه مخروطی پین بر خواص اتصال بررسی شد. با بررسی مقطع اتصال، پارامترهای هندسی آن شامل قفل مکانیکی و ضخامت گلویی در شرایط اتصال مختلف مقایسه شدند. همچنین استحکام اتصال توسط آزمون برشی و آزمون جدایش بررسی شد. نتایج نشان می دهند که افزایش عمق نفوذ پین تا یک مقدار بهینه باعث افزایش قفل مکانیکی و استحکام اتصال می شود. همچنین استحکام اتصال کلینچ با پین استوانه ای بالاتر از استحکام اتصال با پین مخروطی 3 درجه در عمق نفوذ یکسان است. در تمامی شرایط آزمون، شرایط مناسب تر اتصال زمانی حاصل شد که مد شکست، ترکیبی از مد خروج از کف و پارگی گلویی باشد.

    کلیدواژگان: فرایند کلینچینگ، ورق سه لایه آلومینیوم، پلیمر، آلومینیوم، اثر هندسه ابزار، اتصال توسط شکل دهی
  • علیرضا جمی، محمدرضا خوشروان آذر، مجتبی یزدانی* صفحات 39-49

    در جوشکاری قوس الکتریکی، حرارت ناشی از قوس، باعث ایجاد انبساط و انقباض غیر یکنواخت در جوش و مناطق اطراف آن می شود. انبساط و انقباض غیر یکنواخت و تغییر شکل پلاستیک حاصل از آن، منبع اصلی ایجاد اعوجاج و تنش پسماند در سازه های جوشی است. توزیع تنش های پسماند در یک اتصال جوشی، به عواملی چون حرارت ورودی، سرعت جوشکاری قوسی، خواص مواد، پیش گرمایش، ضخامت قطعه، هندسه شیار و زمانبندی اجرایی جوش بستگی دارد. در این پژوهش یک اتصال سربهسر به وسیله جوشکاری نفوذی با روش های تجربی و شبیهسازی المان محدود مورد بررسی قرار گرفته است. اندازه گیری تنش های پسماند به روش سوراخ کاری مرکزی بوده و از نتایج آن برای راستی آزمایی مدل المان محدود توسعه داده شده، استفاده شده است. در مدل المان محدود ایجاد شده از حالت غیرکوپل حرارتی- مکانیکی استفاده گردیده و روش تولد و مرگ المان ها در شبیه سازی مواد پرکننده مورد نظر قرار گرفته است. در شبیه سازی انجام شده فرآیند استحاله فازی در نظر گرفته شده و به کمک فیلر LTT معرفی شده، تنش های پسماند در جوش تک پاسه 15٪ کاهش در تنش های پسماند کششی را نشان می دهد. با بررسی تاثیر جوشکاری ناهمراستا در نمونه ها، میزان تنش های پسماند ایجاد شده به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: جوشکاری نفوذی، المان محدود، تنش های پسماند، LTT، جوشکاری ناهمراستا
  • رهام رفیعی*، سحر بازرگانی صفحات 50-61

    در این پژوهش، مخزن کامپوزیتی دارای آستری تحت فشار داخلی مورد بررسی قرار می گیرد. تنش های لایه های مختلف با یکدیگر مقایسه می شوند. تحلیل تنش با استفاده از توسعه ی روشی بر اساس کدنویسی در نرم افزار متلب صورت می گیرد. به این ترتیب تنش های توزیع شده در بخش کامپوزیتی مخزن مورد مطالعه با استفاده از روش کلاسیک لایه چینی استخراج می شوند و با ارزیابی تخریب بر روی بحرانی ترین لایه و استفاده از معیار تخریب هشین، فشار تخریب اولین لایه به دست می آید. سپس بر اساس روش تخفیف لایه ای در چهارچوب مکانیک آسیب پیوسته، خواص مکانیکی لایه ی آسیب دیده تقلیل می یابد و مجددا تحلیل تنش صورت گرفته و رخداد تخریب ارزیابی می-گردد. این فرآیند آن قدر تکرار می شود تا تمام لایه ها تخریب را تجربه نمایند و فشار مذکور به عنوان فشار تخریب گزارش می گردد. در مرحله ی بعد، با استفاده از مدل سازی تصادفی و به کمک روش مونت کارلو، فشار تخریب با در نظر گرفتن عدم قطعیت های ناشی از تولید و بررسی میزان تاثیر آن ها بر روی فشار تخریب پیش بینی می‎شود که در این پژوهش پارامتر های کسر حجمی و زاویه ی الیاف، به عنوان عدم قطعیت های مساله، بررسی می شوند. مقایسه ی نتایج به دست آمده با داده‎های حاصل از آزمایش، حاکی از دقت قابل قبول این روش می باشد. سپس قابلیت اطمینان تک تک لایه های مخزن کامپوزیتی با استفاده از روش مرتبه ی اول، شاخص قابلیت اطمینان و احتمال تخریب لایه-های مخزن، استخراج می شوند و در نهایت برای صحت سنجی نتایج به دست آمده، روش شبیه سازی مونت کارلو استفاده می شود.

    کلیدواژگان: مخازن کامپوزیتی تحت فشار، فشار تخریب، عدم قطعیت تولید، شبیه سازی مونت کارلو، قابلیت اطمینان
|
  • Morteza Mohebbi, Valiollah Panahizadeh*, Mohammad Hoseinpour Gollo Pages 1-11

    In this paper, to investigate the effect of strain caused by biaxial stress on the mechanical properties of the sheet in a uniaxial tensile state, several metallic blank discs were bulge formed in the hydroforming process under different biaxial stress due to different fluid pressures. Then, the slotting process was done on bulge formed sheet to change the loading from biaxial stress to uniaxial tension. Again, these specimens were subjected to fluid pressure to determine their resistance to fluid pressure at uniaxial stresses. By using the results of this paper, the burst pressure of composite Rupture discs can be predicted in any size by numerical simulation with an error of about 8%. A Rupture disc is a safety device that burst as the fluid pressure increase and prevents damages due to excessive pressure on the equipment. In a composite Rupture disc, a nonlinear strain path occurs. If the type of load changes during sheet metal forming, e.g., the sheet forms under biaxial stress and then under uniaxial tension, the maximum failure strain and force will change. The burst pressure comparison of vacuum annealed specimens with similar non-annealed discs after work-hardening shows the possibility of increasing burst pressure more than 64% in proportion to created strain due to biaxial stress. Also, in this paper, by using analytical and numerical simulations, the equality of strain due to biaxial stress in the equal ratio of forming height to diameter (h/d) proved to be the same. 

    Keywords: Nonlinear strain path, Predicting burst pressure, Composite Rupture disc, numerical simulation
  • S. Hossein Elahi *, Mobina Fakhimi, Mohamad Abdi Pages 12-18

    Gypsum is one of the most inexpensive and widely used building materials. It is almost could be found in all buildings, in different shapes and forms. Despite having unique properties, low tensile and bending strength are the main weakness of the gypsum. This has limited the use of gypsum to the interior facades. Fibers, especially those obtained from agriculture wastes, are widely used for increasing gypsum strength. Long fibers have better performance on increasing the gypsum strength which is almost uncommon in short fibers. Unfortunately, providing long fibers from wastes is always harder and has more limitations than short fibers. In this research, short fiber gypsum composite with different lengths and weights percent were made. Then bending tests were performed for investigating the composites strength. The results show that in composites with shorter fibers and/or lower fiber percentage, the strength not only did not increase but rather decreased. It is noteworthy that regardless of fiber length, a composite with higher strength than pure gypsum is achievable. This would happen in composite with short fibers in higher fiber concentrations. In fact, fiber length and concentration both have the same impact on composite strength. Both can greatly reinforce each other and can make up for each other's shortcomings.

    Keywords: Gypsum based composite, Bagasse fibers, Short fibers, bending strength
  • Mostafa Hosseini Vajari, Morteza Behzadnasab Pages 19-26

    The silkworm cocoon is a hierarchical structure with multiple functions that have evolved over millions of years to create optimal metamorphosis conditions and preserve insect life against predators. In this paper, inspired by the structure of a silkworm cocoon, the cores of two types of lattice sandwich structures were redesigned. For this purpose, the straight struts in the body centered cubic structure and the kagome structure were replaced by curved struts. Due to the complexity of geometry and high dimensional accuracy, three-dimensional printing (digital light processing) was used to construct the designed lattice structures. In this method, the part is made directly from its surfaces' geometric data, which has been designed with the help of a computer, layer by layer, using optical curing resins. After the fabrication of the parts, a quasi-static pressure test was performed on the samples. The results showed that the modified structures are capable of larger deformation without failure, and their energy absorption is uniform. Although modified structures have a lower modulus of elasticity and energy absorption, larger elastic strain and gradual failure of these structures are important advantages that can be considered in various applications such as energy absorbers or nonstructural medical implants.

    Keywords: sandwich structure, 3D print, silkworm cocoon, compression loading
  • Rasoul Naderli, Mahdi Soltanpour, Parviz Asadi Pages 27-38

    Three-layer aluminum/polymer/aluminum laminate sheets are one of the new materials used to decrease the weight and air pollution of vehicles. Using the conventional methods for joining these sheets have lots of challenges. In this paper, the jointability of the three-layer aluminum/polymer/aluminum to a single-layer 1-mm-thick aluminum sheet is investigated, using the clinching process, which is a joining by forming process. The three-layer aluminum/polymer/aluminum sheets are prepared under laboratory conditions using the aluminum 5754 and in 0.5/0.6/0.5 thickness arrangement. The effect of the pin penetration depth and pin conical angle on the joint properties is investigated. The joint cross-section is considered to compare the neck thickness and interlock in different joining conditions. Also, the joints’ strength is investigated using shear and peel tests. The results indicate that increasing the pin penetration depth to an optimum value, improves the interlock and joint strength. Additionally, the strength of the joint created by the straight pin is higher than that of the 3deg conical pin, in the same pin penetration depth. In all test conditions, the best joining conditions happened when the failure mode was a combination of the bottom separation and neck fracture.

    Keywords: Clinking process, three-layer aluminum, polymer, aluminum sheet, tool geometry effect, joining by forming
  • Alireza Jami, Mohammadreza Khoshravan Azar, Mojtaba Yazdani * Pages 39-49

    In electric arc welding, the heat generated by the arc causes non-uniform expansion and contraction in the weld and surrounding areas. Uneven expansion and contraction and the resulting plastic deformation are the main sources of residual distortion and stress in welded structures. The distribution of residual stresses in a welded joint depends on factors such as heat input, arc welding speed, material properties, preheating, part thickness, groove geometry and welding execution schedule. In this research, a head to head joint is investigated by penetration welding with experimental methods and finite element simulation. Residual stresses are measured by the central hole drilling method and by converting the obtained data into residual stresses, the obtained results are used to verify the developed finite element model. In the finite element model, the non-coupled thermal-mechanical mode is used and the method of birth and death of the elements is used in the simulation of filler materials. In the simulation, the phase transformation process is considered and with the help of LTT filler introduced, the residual stresses in the single-pass welding show a 15% reduction in the tensile residual stresses. By examining the effect of misaligned welding on the specimens, the amount of residual stresses generated increases significantly.

    Keywords: Penetration welding, Finite Element, Residual stresses, LTT, HI-LOW
  • Roham Rafiee *, Sahar Bazargani Pages 50-61

    In this research, a composite pressure vessel with a liner under internal pressure is investigated. Stress analysis is performed using a computer code written in MATLAB. Therefore, the stress components in the composite part of the studied vessel are extracted using the classical lamination theory (CLT) and then the occurrence of failure in the most critical layer is examined using the Hashin failure criteria. thus, the failure pressure associated with the first-ply-failure is obtained. Then, based on the ply-discount method in the context of continuum damage mechanics, the mechanical properties of the damaged layer are reduced and the stress analysis is performed again and the vessel failure is evaluated. This process repeats until all the layers experience failure and final pressure is reported as burst pressure. In the next step, by considering manufacturing-induced uncertainties and applying Monte Carlo method, the failure pressure of the vessel is obtained and the influence of uncertainties on the results is also studied. In this study, the parameters of fiber volume fraction and fiber orientations are assumed as the uncertainties. Comparison of the results with the experimental data indicates the accuracy of this method. Then, the reliability of each layer of the composite pressure vessel is studied using the first-order reliability method and finally, the Monte Carlo simulation is used to validate the results.

    Keywords: Composite Pressure Vessel, Failure Pressure, Manufacturing Uncertainty, Monte Carlo simulation, Reliability