فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال بیست و سوم شماره 7 (تیر 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/04/10
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمدمهدی نیازی، رضا وفائی، احسان محمد شریفی، اصغر مهدیان* صفحات 387-394

    در این پژوهش، ارزیابی نیروی کشش در فرآیند کشش سرد لوله فولاد زنگ نزن 410 انجام گرفت. با استفاده از شبیه سازی FEM، روش های حل کران بالا، آنالیز تختال و فرآیند تجربی نیروی کشش و زاویه بهینه قالب بدست آمد. کشش عملی با دستگاه کشش صنعتی به روش توپی ثابت انجام شد. از نرم افزار آباکوس برای شبیه سازی فرآیند استفاده شد. تعیین محدوده نیروی کشش مورد نیاز و پیش بینی آن با استفاده از روش های آنالیز تختال و کران بالا محاسبه شد. با توجه به نتایج، کمترین مقدار ضریب اصطکاک 0.15 مشخص و در زاویه قالب 32 درجه کم ترین نیروی کشش بدست آمد. با شبیه سازی فرآیند در آباکوس نیرو محاسبه شده و صحت سنجی نتایج برای پیش بینی نیروی مورد نیاز با نتایج قبلی صورت گرفت. پس از انجام آزمون های عملی، اختلاف نیروی پیش بینی شده تجربی و شبیه سازی کمتر از 7% تعیین گردید.

    کلیدواژگان: کشش سرد لوله، فولاد زنگ نزن 410، نیروی کشش، شبیه سازی FEM، زاویه قالب
  • وحید طهماسبی*، محمد حافظ باقی، سپهر آئینه بندی، امین سوسن آبادی فراهانی صفحات 395-404

    امروزه به علت نیاز روزافزون صنایع مختلف نظامی، هوافضا، خودروسازی و... به مواد با نسبت استحکام به وزن بالا، استفاده از مواد کامپوزیت پایه فلزی، به خصوص کامپوزیت های پایه آلومینیومی به صورت چشمگیری افزایش یافته است. ماشین کاری جهت نیل به دقت ابعادی بالا جزء جدایی ناپذیر فرآیند تولید محصولات ساخته شده با کامپوزیت های پایه آلومینیومی می باشد. به دلیل وجود ماده تقویت کننده همچون کاربید سیلیسیوم و سایر ذرات ساینده با سختی بالا، ماشین کاری این دسته از مواد همواره با چالش های فراوانی روبه رو می گردد. لذا مطالعه پارامترهای موثر بر ماشین کاری کامپوزیت های پایه آلومینیومی امری ضروری است. در این مطالعه به اثر سرعت دوران اسپیندل، سرعت پیشروی، عمق برش و درصد ذرات تقویت کننده با استفاده از روش های آزمایش تجربی و آماری پرداخته شده است و پاسخ های زبری سطح و نرخ براده برداری مورد بررسی دقیق قرار گرفته است. در این مقاله با بهره گیری از یک مطالعه روشمند شامل مدلسازی آماری به روش سطح پاسخ و استخراج معادلات رگرسیون، روش تحلیل حساسیت آماری سوبل و بهینه سازی با استفاده از الگوریتم درینگر، رفتار متغبرهای  ورودی بر روی باسخ های خروجی به صورت کمی و کیفی مورد مطالعه قرار گرفته است.  مطابق با نتایج به دست آمده سرعت دوران اسپیندل بیشترین تاثیر را بر روی زبری سطح را دارد. همچنین پیشروی 33%، سرعت دوران اسپیندل 28%، عمق برش 26% و درصد ذرات تقویت کننده 13% بر روی نرخ براده برداری تاثیرگذار هستند.

    کلیدواژگان: فرزی کاری، کامپوزیت پایه آلومینیومی، آنالیز حساسیت، نرخ براده برداری، زبری سطح
  • امیر راستی*، محمد یزدانی خامنه صفحات 405-414

    در این پژوهش، تغییرات توزیع تنش های پسماند در سه فرایند ایجاد سوراخ شامل؛ سوراخ کاری معمولی، چندمرحله ای و فرزکاری مارپیچ مورد مطالعه قرار گرفت. تنش های پسماند توسط روش نانوایندنتیشن برای 12 نمونه سوراخ کاری شده از جنس فولاد 4340AISI  و با سختی 45 راکول سی اندازه گیری شدند. نتایج حاکی از ایجاد بیشترین تنش پسماند فشاری نزدیک به سطح، در فرایند سوراخ کاری چندمرحله ای (تا 5/373 مگاپاسکال) بود. همچنین در فرایند سوراخ کاری معمولی، به واسطه تغییر فاز سطحی، اثر کار پلاستیک از بین رفته و تنش های پسماند کششی تا بیشینه مقدار 7/114 مگاپاسکال اندازه گیری شد. از سوی دیگر، کاهش سرعت برشی و افزایش نرخ پیشروی موجب افزایش تنش های فشاری سطحی گردید. استثنا این روند، تشکیل لایه سفید در فرایند سوراخ کاری معمولی بود. مقایسه تنش های اندازه گیری شده روی نمونه مبنا نیز، بیانگر اختلافی در حدود 6/28% میان دو روش XRD و نانوایندنتیشن بود که تکرارپذیری مناسب اندازه گیری توسط روش نانوایندنتیشن را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: فرایند سوراخ کاری، تنش های پسماند، روش نانوایندنتیشن، روش XRD
  • حمیدرضا عزت پور، غلامرضا ابراهیمی*، جواد محمدپور صفحات 415-423

    در پژوهش حاضر، رفتار کششی گرم و مورفولوژی شکست فولاد 410 در محدوده دمایی C° 1100-950 و نرخ های کرنش s-1 05/0 و s-1 5/0 مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که تنش سیلان فولاد مورد مطالعه با افزایش دما کاهش یافتن که تایید کننده کاهش استحکام فولاد در برابر تغییر شکل بود. در نرخ کرنش s-1 05/0 با افزایش دما کرنش بیشینه به طور محسوس کاهش یافت در حالی که در نرخ کرنش s-1 5/0 به دلیل رقابت پدیده های متالوژیکی مانند کارسختی و کارنرمی (بازیابی دینامیکی و تبلور مجدد دینامیکی) رخ داده در طول فرایند بعد از یک کاهش اولیه یک روند افزایشی در کرنش پیک با افزایش دما مشاهده شد. نتایج سطح شکست نشان داد که در دمای C° 950 مکانیزم شکست ترد سهم بالایی در هر دو نرخ کرنش را داشت و مورفولوژی سطح شکست نرم (افزایش دیمپل ها و کاهش صفحات کلیواژ) با افزایش دما غالب بود. در نرخ کرنش s-1 05/0 ابعاد حفره ها و ترک های تشکیل شده به مراتب بزرگ تر از ترک های ایجاد شده در نرخ کرنش s-1 5/0 بودند که نشان دهنده از هم گسیختگی بالا و کاهش تغییرات طول تا شکست نمونه های تغییرشکل یافته در نرخ کرنش پایین بود که با نتایج نمودارهای تنش-کرنش مطابقت داشت.

    کلیدواژگان: فولاد زنگ نزن 410، آزمون کشش گرم، خواص مکانیکی، مورفولوژی شکست
  • هادی اشعریون*، محمد جهانشاهی فر، احسان داودی، محمود مزارع صفحات 424-437

    در این مقاله، کنترل تحمل پذیر عیب زمان محدود برمبنای الگوریتم مد لغزشی به عنوان یک روش کنترلی مقاوم برای کنترل پایدارساز زاویه ای سیستم کوادروتور در حضور عیب عملگر و عدم قطعیت ارایه شده است. کنترل کننده بر مبنای مدل غیرخطی کوادروتور طراحی شده و تحلیل پایداری آن برمبنای تیوری لیاپانوف انجام گرفته است. همچنین با توجه به برخی نقاط ضعف سنسورهای ممز مانند نویزپذیری نسبتا بالا و خطای بایوس، به منظور ترکیب داده های سنسورها و کاهش اثرات نویز و خطا روی داده های خروجی، فیلتر کالمن توسعه یافته طراحی و پیاده سازی شد. به منظور اعتبارسنجی عملکرد کنترل کننده، آزمایش های عملی بر روی یک نمونه آزمایشگاهی مقیاس کامل کوادروتور به صورت بلادرنگ پیاده سازی شد. ارزیابی عملکرد استراتژی طراحی شده در سناریوهای مختلفی از قبیل تست در حالت بدون عیب عملگر، با وجود عیب جزیی در عملگر و عدم قطعیت در پارامترهای کوادروتور انجام شده است. نتایج آزمایشگاهی حاکی از برتری استراتژی تحمل پذیر مد لغزشی نسبت به خطی سازی پسخورد در حضور عیب های مختلف و اثرات عدم قطعیت می باشند.

    کلیدواژگان: کوادروتور، پایدارسازی زاویه ای، کنترل تحمل پذیر عیب، الگوریتم مد لغزشی، فیلتر کالمن
  • ساحل محمدی قلعه نی، محمدحسین صادقی* صفحات 439-447

    در بخش اول این مطالعه به بررسی خواص مکانیکی سلول آگزیتک (با نسبت پواسون منفی) با ساختار یکنواخت با هدف طراحی کاشتنی استخوان فمور انسان پرداخته شده است. از سلول های آگزیتک به منظور افزایش سطح تماس کاشتنی و استخوان تحت بارهای کششی استفاده شده است. مدول الاستیک ساختار یکنواخت آگزیتک با روش های عددی، تحلیلی و تجربی در جهت y به دست آمد. در روش تجربی نمونه ها به روش ساخت افزایشی پرینت شدند و خواص الاستیک نمونه های پرینت شده با استفاده از آزمون فشار به دست آمدند. مقایسه مدول الاستیک شبیه سازی تحلیلی و عددی با آزمون های تجربی در جهت y نشان داد که انطباق خوبی بین نتایج وجود دارد. در بخش دوم از ساختار گرادیانی به منظور کاهش سپر تنش (Stress Shielding) در سطح تماس کاشتنی و استخوان و افزایش کارایی کاشت کاشتنی استفاده شده است. در ساختار گرادیانی مدول الاستیک در سطوح تماس با استخوان نزدیک مدول الاستیک استخوان در نظر گرفته شده است و به تدریج در لایه های بعدی افزایش می یابد. مدول الاستیک ساختار گرادیانی به دو روش عددی و تحلیلی محاسبه شد. در روش عددی مدول الاستیک از نرم افزار آباکوس و کدنویسی در متلب به دست آمد. میزان اختلاف مدول الاستیک در این دو روش 4/8 درصد به دست آمد، که نشان می دهد انطباق قابل قبولی بین نتایج وجود دارد.

    کلیدواژگان: ساخت افزایشی، حل عددی، ساختار گرادیانی، ایمپلنت مفصل ران
|
  • MohammadMehdi Niazi, Reza Vafaei, Ehsan Mohammad Sharifi, Asghar Mahdian* Pages 387-394

    In this research, the drawing force was evaluated in the cold drawing process of 410 stainless steel tubes. By FEM simulation, upper limit solving methods, slab analysis, and the experimental process of drawing force and optimal angle of the die was obtained. The practical drawing was done with an industrial drawing device using a fixed plug method. Abaqus software was used to simulate the process. Determining the required drawing force and predicting it was calculated using the methods of horizontal analysis and the upper limit of its range. According to the results, the lowest value of the coefficient of friction was 0.15 and the lowest drawing force was obtained at the die angle of 32 degrees. In addition, by simulating the process in Abaqus, the force was calculated and the validation of the results was done to predict the required force. After conducting the practical tests, the difference between the experimental and simulation predicted force was determined to be less than 7%.

    Keywords: Cold drawing of tube, 410 stainless steel, drawing force, FEM simulation, die angle
  • Vahid Tahmasbi*, Mohammad Hafez Baghi, Sepehr Aeinehbandy, Amin Sousanabadi Farahani Pages 395-404

    Today, various military, aerospace, automotive, etc. industries need materials with a high strength-to-weight ratio. The use of metal-based composite materials, especially aluminum-based composites, has increased greatly. Machining is needed to achieve high dimensional accuracy in products made with aluminum-based composites. Due to the presence of reinforcing material such as silicon carbide, machining of this type of material is difficult. Therefore, it is important to study the parameters affecting the machining of aluminum-based composites. In this study, the effect of spindle speed, feed rate, depth of cut and percentage of reinforcing particles were discussed using experimental and statistical test methods. The responses of surface roughness and material removal rate were investigated. The behavior of the input parameters on the responses of the process has been carefully investigated quantitatively and qualitatively. Answers have also been optimized. According to the obtained results, the spindle speed has the greatest effect on the surface roughness. Also, feed rate 33%, spindle speed 28%, depth of cut 26% and the percentage of reinforcing particles 13% have an effect on the chipping rate.

    Keywords: Milling, Aluminium Matrix Composite, Sensitivity Analysys, Material Removal Rate, Surface Roghness
  • Amir Rasti*, Mohammad Yazdani Khameneh Pages 405-414

    In this study, variations in the residual stresses distribution were studied in different hole-making strategies including; conventional, multi-step drilling and helical milling. Residual stresses were measured for 12 perforated samples made of 4340AISI steel, using nanoindentation method. The results showed the highest near-surface compressive residual stress in the multi-step drilling (up to 373.5 MPa). Also, due to the phase transformation on the surface, the effect of plastic work was eliminated and tensile residual stresses up to a maximum of 114.7 MPa were measured in the drilling process. On the other hand, decreasing the cutting speed and increasing the feed rate raised the compressive stresses up. The trend exception was formation of the white layer in the drilling process. Comparison of the stresses measured on the reference sample also showed a difference of about 28.6% between the two methods of XRD and nanoindentation, which shows an acceptable repeatability of the measurement using nanoindentation method.

    Keywords: Drilling Process, Residual Stresses, Nanoindentation Method, XRD Method
  • Hamidreza Ezatpour, Gholamreza Ebrahimi*, Javad Mohammadpour Pages 415-423

    The aim of the current research was to investigate the hot tensile behavior and fracture morphology of 410 steel in the temperature range of 950-1100°C and two strain rates of 0.05 s-1 and 0.5 s-1. The results showed that the peak stress and yield stress decreased with increasing temperature, which confirmed the decrease of strength against deformation with increasing process temperature. In strain rate of 0.05 s-1 with increasing temperature, the peak strain decreased continuously, while in strain rate of 0.5 s-1 was observed an increment trend after initial decrease due to competition between work hardening and softening mechanism such as dynamic recovery and dynamic recrystallization. The fracture morphology results showed that they were in good agreement with the mechanical results when at 950 °C the brittle fracture mechanism had a high contribution and the soft fracture surface morphology (increasing dimples and decreasing cleavage planes) was dominant with increasing process temperature. At strain rate of 0.05 s-1, the size of the voids and cracks formed during process was much larger than the cracks created at strain rate of 0.5 s-1, which indicated considerable tearing and decrease in fracture strain (elongation) of the samples in during hot tensile testing at low strain rate.

    Keywords: 410 martensitic stainless steel, Hot tensile deformation, Mechanical properties, Fracture morphology
  • Hadi Asharioun*, Mohammad Jahanshahifar, Ehsan Davoudi, Mahmood Mazare Pages 424-437

    In this paper, a finite-time fault tolerant controller based on sliding mode algorithm, as a robust control method, is presented to control the attitude stabilization of the quadrotor system in the presence of actuator fault and uncertainty. The controller is designed based on the nonlinear model of a quadrotor and its stability analysis is performed according to the Lyapunov stability theorem. Also, regarding some weaknesses of MEMS sensors such as partly high noise and bias error, an extended Kalman filter is designed and implemented in order to merge sensors data and reduce the noise effect on the outputs. To validate the controller performance, the experimental tests is implemented on a full-scale quadrotor in real-time. The evaluation of the designed strategy is carried out in different scenarios, no fault in the actuators and a partial loss of effectiveness of an actuator as well as uncertainty in the quadrotor parameters. The experimental results reveal the superiority of the sliding mode tolerant strategy over feedback linearization in the presence of various faults and uncertainty effects.

    Keywords: Quadrotor, Attitude stabilization, Fault tolerant control, sliding mode control, extended Kalman filter
  • Sahel Mohammadi Ghalehney, MohammadHossein Sadeghi * Pages 439-447

    In the first part of this study, the mechanical properties of the uniform auxetic unit cell (negative Poisson’s ratio) have been investigated for application in the hip implant. We used auxetic cells to increase the contact surface between implant and bone under tensile loads. The elastic modulus of the uniform auxetic structure have been obtained by numerical, analytical and experimental methods in y direction. Comparing the elastic modulus in y direction of the analytical and numerical simulation with experimental tests showed there are a good agreement between the results. In the second part, the gradient structure has been used in order to reduce the stress shielding on the contact surface of the bone and implant, increase the efficiency of implant replacement and reduce infection. In the gradient structure, the elastic modulus in the contact surfaces is considered close to the elastic modulus of the bone, and gradually increases in the next layers. The elastic modulus of the gradient structure was calculated by two numerical and analytical methods. In the numerical method, the elastic modulus was obtained from Abaqus software and coding on MATLAB. The difference of the elastic modulus in these two methods was 4.8%, which shows that there is an acceptable agreement between the results.

    Keywords: Additive Manufacturing, Numerical solution, Gradient Structure, Hip Implant