فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال بیست و چهارم شماره 2 (بهمن 1402)

  • تاریخ انتشار: 1403/04/10
  • تعداد عناوین: 6
|
  • اسمعیل محمدیان، حمید گرجی*، محمد بخشی جویباری، سلمان نوروزی صفحات 65-75

    امروزه نیاز صنعت به اتصال فلزات غیرهم جنس به خصوص در صنایع خودروسازی و هواپیماسازی افزایش پیدا کرده است. در این راستا، به منظور انجام اتصال بین فلزات، از روش های جدیدی تحت عنوان اتصال حالت جامد استفاده شده است که در میان این روش ها، اتصال دهی به روش الکترومغناطیسی از سایر روش ها کم هزینه تر و با سرعت بالاتر انجام می شود. در این پژوهش، ابتدا امکان سنجی اتصال لوله مسی به لوله کامپوزیتی به روش الکترومغناطیسی و کیفیت اتصال مورد مطالعه قرار گرفته است. سپس تاثیر  پارامتر فرآیندی ولتاژ جوشکاری بر خواص مکانیکی استحکام توسط آزمایش حلقه مورد بررسی قرار گرفته است. در انتها هم به منظور بررسی سختی سطح نمونه های جوشکاری شده از آزمون سختی سنجی ویکرز استفاده گردید. نتایج نشان می دهد که اتصال نمونه های مس به کامپوزیت به خوبی انجام گرفته است. مشاهده شده است که با افزایش ولتاژ، بدلیل بیشتر شدن انرژی برخورد دو لوله، نیروی اتصال به میزان حدود 2 برابر افزایش پیدا کرده است. در نمونه 8  کیلوولت، به دلیل افزایش سرعت برخورد، تغییرشکل پلاستیک شدیدتری نسبت به دیگر نمونه ها ایجاد شده که سبب تغییر شکل موضعی بیشتر فصل مشترک جوش و در نتیجه افزایش سختی شده است. سختی فصل مشترک در این نمونه نسبت به نمونه 5 کیلوولت حدود 8 درصد بیشتر بوده است.

    کلیدواژگان: اتصال دهی الکترومغناطیسی، آزمایش حلقه، اتصال کامپوزیت-مس، استحکام اتصال، سختی اتصال
  • سهیل نخودچی*، کیومرث شاکرمی، هادی سلماسی صفحات 77-86

    اینکونل 718 به دلیل خواص مکانیکی فوق العاده در طیف گسترده ای از صنایع نفت و گاز، هسته ای، هوایی و... استفاده می شود. استفاده از روش ساخت افزایشی جهت تولید قطعات با سرعت در حال افزایش می باشد. با توجه به محدودیت های ابعادی که در ساخت قطعات به روش ساخت افزایشی وجود دارد این قطعات در کاربردهای متفاوت باید به سایر قطعات به کمک روش های مرسوم اتصال دهی مانند جوشکاری متصل شوند. در این تحقیق به تحلیل حرارتی جوشکاری پلاسما یک ورق اینکونل 718 ساخته شده به روش ذوب لیزری انتخابی با استفاده از نرم افزار آباکوس پرداخته می شود. حرارت ورودی با توزیع گوسی توسط زیر برنامه دیفلاکس با زبان برنامه نویسی فرترن به مدل وارد گردید. جهت اعتبار سنجی مدل حرارتی، اندازه گیری دما حین انجام فرآیند جوشکاری با استفاده از ترموکوپل انجام گرفت و تطابق نسبتا مناسبی بین نتایج آنالیز حرارتی عددی و تجربی مشاهده شد. بررسی های میکروساختار توسط میکروسکوپ نوری بر روی نمونه های جوشکاری شده صورت گرفت و ریزساختار فلز پایه، ذوب و منطقه متاثر از حرارت مورد بررسی قرار گرفت. ساختار دندریتی در ناحیه جوش و رخ دادن تبلور مجدد در ناحیه متاثر از حرارت مشهود بود. نتایج آزمون کشش نشان داد که نمونه بدون جوش دارای حد تسلیم و شکل پذیری بالاتری است.

    کلیدواژگان: اینکونل718، تحلیل حرارتی، جوش پلاسما، ساخت افزایشی، ذوب لیزری انتخابی
  • یوسف یوسفی جمال آباد، جواد رحیمی، محمدرسول جوادی سیگاررودی، اسماعیل پورسعیدی*، فرزام منتخبی صفحات 87-95

    خوردگی داغ و رشد لایه اکسیدی (TGO) عوامل مخربی در پوشش های سد حرارتی (TBC) هستند که در شرایط کاری منجر به شکست پوشش می شوند. در مطالعه حاضر رفتار خوردگی داغ و تغییرات TGO برای TBC های که لایه رابط آن با روش های اسپری پلاسمای اتمسفر (APS) و پاشش حرارتی سوخت اکسیژن با سرعت بالا (HVOF) اعمال شدند ارزیابی شده است. هر دو نوع پوشش برای شرایط یکسان تحت آزمایش خوردگی داغ سیکلی با دمای 1100 درجه سانتی گراد در معرض نمک های مذاب Na2SO4 و V2O5 قرار داده شدند سپس ریزساختار آن ها با استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی (SEM) و آنالیز پراش پرتو ایکس (XRD) بررسی شده است. همچنین تغییرات ضخامت TGO در سیکل های مختلف با استفاده از نرم افزار Image J و تصاویر SEM اندازه گیری شده است. نتایج نشان می دهد با نفوذ مذاب نمک های خورنده و واکنش آن با لایه YSZ یک تغییر فاز از تتراگونال به مونوکلینیک برای زیرکونیا اتفاق افتاده است و همچنین با تخلیه ایتریا از ساختار پوشش، محصولات واکنشی YVO4 برای TBC ها به وجود آمده است. تحمل سیکل خوردگی داغ TBC ها و رفتار رشد TGO نشان می دهد پوشش های که لایه رابط آن ها با روش HVOF اعمال شده است عملکرد بهتری نسبت به روش APS نشان می دهند.

    کلیدواژگان: خوردگی داغ، پوشش های سد حرارتی، اسپری پلاسمای اتمسفر، پاشش حرارتی سوخت اکسیژن با سرعت بالا
  • صابر یکانی مطلق*، محمد عزیزپور، سیامک امین هرکی کای، حامی منصوری سلوانق صفحات 97-110

    کمبود آب آشامیدنی مشکلات متعددی را برای جامعه بشری ایجاد کرده است. از این رو تولید آب شامیدنی از آب شور دریاها از اهمیت بالایی برخوردار است. یکی از روش های تولید آب شیرین از آب شور دریا، استفاده از آب شیرین کن های خورشیدی است. در کار حاضر به شبیه سازی عددی آب شیرین کن خورشیدی سنتی تک کابینه همراه با قرار دادن موانع مستطیلی، مثلثی، موج دار بر روی دیواره های چپ و راست آب شیرین کن پرداخته شده است. قراردادن موانع باعث تغییر در الگو جریان هوای مرطوب داخل آب شیرین کن شده که بر نرخ انتقال حرارت و میزان تولید آب شیرین تاثیر می گذارد. همچنین تغییر در اندازه موانع و تعداد آنها، باعث تغییرات در نتایج می شود. آب شیرین کن با موانع شبیه سازی شده است، برای شبیه سازی ذکر شده، معادلات بقای پیوستگی، مومنتوم، انرژی و غلظت به روش حجم محدود گسسته سازی شده و توسط نرم افزار اوپن فوم (Open Foam) حل شده است و نتایج به صورت تابع جریان و کانتورهای غلظت ارائه شده اند. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهند که با قرار دادن موانع موج دار با تعداد و اندازه مشخص بر روی دیواره های چپ و راست آب شیرین کن، نرخ انتقال حرارت و میزان تولید آب شیرین به ترتیب حدود  34/31 %  و  31 %  نسبت به حالت سنتی افزایش پیدا کرده است.

    کلیدواژگان: آب شیرین کن خورشیدی، تولید آب شیرین، مانع، الگوی جریان، گردابه
  • مهناز دباغی، مریم مرکباتی* صفحات 111-118

    در این پژوهش، به منظور ارزیابی انعطاف پذیری و در نتیجه منطقه مناسب کارپذیری آلیاژ نوین تیتانیوم  Ti-3Al-8Mo-7V-3Cr (Ti-3873)، آزمایش کشش گرم در مناطق دوفاز آلفا بتا و تک فاز بتا با نرخ کرنش 1/0 بر ثانیه در محدوده دمای oC 650 تا850 انجام شد. به منظور برقراری ارتباط میان تحولات ریزساختاری و انعطاف پذیری، ریزساختار نمونه ها قبل و پس از تغییرشکل گرم توسط میکروسکوپ های نوری و الکترونی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که میزان انعطاف پذیری حاصل از آزمایش کشش گرم آلیاژTi-3873، در محدوده دمایی oC 650 تا 750 به دلیل وقوع استحاله فازی آلفا به بتا و حذف تدریجی فاز آلفا، از 33% به 54% افزایش یافت و حداکثر میزان انعطاف پذیری آلیاژ در دمای oC 850 به میزان 71% بدست آمد. بررسی های ریزساختاری، مرزدانه های کشیده شده و مضرس شده را نشان داد که حاکی از وقوع بازیابی دینامیک است. همچنین دانه های تبلور مجدد یافته در ریزساختار نمونه تغییر شکل یافته در دمای oC 850 مشاهده شد. لذا می توان بیان نمود مکانیزم ترمیم آلیاژ Ti-3873 هنگام آزمایش کشش گرم، بازیابی دینامیک و در ادامه اندکی تبلور مجدد دینامیک است. در نهایت بررسی نتایج انعطاف پذیری پژوهش حاضر نشان داد که محدوده دمایی مناسب تغییر شکل آلیاژ Ti-3873 ، oC 800 تا850 است.

    کلیدواژگان: آلیاژ نوین تیتانیوم، انعطاف پذیری، کشش گرم، بازیابی و تبلور مجدد دینامیک
  • ساناز حسین زاده، علیرضا داوری، امیرحسین هاشمیان* صفحات 119-129

    یکی از روش های مناسب برای ساخت بیلت ها و لوله های مرکب استفاده از فرآیند اکستروژن است. در ساخت سفینه های فضایی، موشک ها و سایر وسایل پیشرفته در صنایع هوافضا، اکستروژن آلیاژهای آلومینیوم و منیزیم بسیار کاربرد دارند. برای ساخت قاب ها و کف هواپیما ترکیبی از صفحات، قطعات اکسترودی و ورقه های شکل داده شده استفاده می شود. حدود 60 درصد از ساختار هواپیما و 80 درصد از وزن بدون بار هواپیما از آلیاژ های آلومینیوم است. آلومینیوم استحکام نسبت به وزن بالا، شکل پذیری عالی را داراست. منیزیم سبک ترین فلز مهندسی است و دارای کم ترین چگالی است و موجب صرفه جویی در مصرف سوخت می شود. این مقاله به صورت عددی و تجربی به اعمال فرآیند اکستروژن بر روی بیلت های مرکب Al/Mg می پردازد. در این مقاله، فرآیند اکستروژن در نسبت های اکستروژن، دما و سرعت های مختلف مورد آزمایش قرار گرفته و اثر پارامترهای مختلف فرآیند بر روی خواص محصول اکسترود شده بررسی گردیده است. همچنین این فرآیند در نرم افزار آباکوس شبیه سازی گردیده و سپس نتایج تجربی حاصل از کار آزمایشگاهی و نتایج عددی حاصل از شبیه سازی با یکدیگر مقایسه و اعتبار سنجی گردید و میزان درصد خطا مابین نمودارهای نتایج تجربی و عددی توسط نرم افزار اورجین مورد بررسی قرار گرفت که نزدیک بودن نتایج و صحت کار آزمایشگاهی نشان داده شد.

    کلیدواژگان: فرآیند شکل دهی، اکستروژن، تحلیل عددی و تجربی، روش اجزای محدود، بیلت های فلزی مرکب
|
  • Esmaeil Mohammadian, Hamid Gorji*, Mohammad Bakhshi Jooybari, Salman Nourouzi Pages 65-75

    Today, the industry's need to join dissimilar metals has increased, especially in the automotive and aircraft industries. In this regard, in order to join metals, new methods, called solid state joining, have been used, among which electromagnetic joining is performed with a lower cost and at a higher speed. In this research, firstly, the feasibility of joining copper tubes to composite tubes by electromagnetic method and the quality of the joinit have been studied. Then, the effect of the welding voltage process parameter on the mechanical properties of the strength has been investigated by the ring test. Finally, in order to examine the surface hardness of the welded samples, the Vickers hardness test was performed. The results show that the joining of the copper samples to the composite tubes has been done well. It has been observed that with the increase in voltage, due to the increase in the collision energy of the two tubes, the connection force has increased by about 2 times. In the 8 kV voltage, due to the increase in the impact speed, a more severe plastic deformation has occurred than in other samples which has caused more local deformation of the weld interface and, as a result, an increase in the hardness. The hardness of the interface in this condition was about 8% higher than that of the 5 kV voltage.

    Keywords: Electromagnetic Joining, Ring Test, Composite-Copper Joint, Joint Strength, Joint Hardness
  • Soheil Nakhodchi*, Kiumars Shakarami, Hadi Salmasi Pages 77-86

    Inconel 718 is used in a wide range of industries such as oil and gas, nuclear, aviation, and etc. due to its excellent mechanical properties. The use of additive manufacturing (AM) to manufacture parts is increasing rapidly Due to the dimensional limitations in the manufacturing of parts using the additive manufacturing methods, these parts must be connected to other parts in different applications with the help of conventional methods such as welding. In this research, the thermal analysis of plasma welding of an Inconel 718 sheet made by SLM method using ABAQUS software is discussed. Input heat with Gaussian distribution was entered into the model by DFLUX subprogram with FORTRAN program language. In order to validate the thermal model, the temperature was measured during the welding process using a thermocouple. A relatively good match is observed between the numerical and experimental thermal analysis results. The microstructure of the welded samples was examined with an optical microscope and the microstructure of base metal, fusion zone, and heat affected zone were investigated. The dendritic structure in the welding area and the occurrence of recrystallization in the heat-affected area was evident. The tensile test results showed that the sample without welding has a higher yield and ductility.

    Keywords: Additive Manufacturing (AM), Inconel718, Plasma Welding, Selective Laser Melting (SLM), Thermal Analysis
  • Yousef Yousefi Jamalabad, Javad Rahimi, Mohammadrasoul Javadi Sigaroodi, Esmaeil Poursaeidi*, Farzam Montakhabi Pages 87-95

    Hot corrosion and thermally grown oxide (TGO) formation are destructive factors in thermal barrier coatings (TBCs) that lead to coating failure under operational conditions. In the present study, the hot corrosion behavior and TGO evolution for TBCs whose Bond coat by deposited by atmospheric plasma spraying (APS) and high velocity oxygen fuel (HVOF) thermal spray methods were evaluated. Both types of coatings were subjected to cyclic hot corrosion testing at a temperature of 1100°C in the presence of molten salts of Na2SO4 and V2O5 under identical conditions. Subsequently, their microstructures were examined using scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) images. Additionally, changes in TGO thickness were measured across different cycles using Image J software and SEM images. The results indicate that TBCs deposited using the HVOF method for the bond coat exhibit better performance compared to those deposited using the APS method. The results show that a phase change from tetragonal to monoclinic has occurred for zirconia with the penetration of corrosive salt melt and its reaction with the YSZ layer, and also with the depletion of yttria from the coating structure, YVO4 reaction products have been formed for TBCs. The endurance of hot corrosion cycle of TBCs and the growth behavior of TGO show that the coatings whose interface layer is applied by the HVOF method show better performance than the APS method.

    Keywords: Hot Corrosion, Thermal Barrier Coatings, Atmospheric Plasma Spray, High Velocity Oxygen Fuel Thermal Spray
  • Saber Yekani Motlagh*, Mohammad Azizpour, Siamak Amin Harki Kay, Hami Mansouri Selvanagh Pages 97-110

    Deficiency of potable water has created many problems for human and human society, Therefore, The production of fresh water from saline water is an important issue. One of the method of production fresh water from saline water is the use of solar stills. This paper is the numerical simulation of the conventional solar stills with setting Rectangular, Triangular, Wavy barriers on the left and right walls inside the solar still. Setting barriers causes a change in the pattern of humid airflow in the solar still that it affect water productivity and convective heat transfer rate. Also, changes in the size and number of barriers cause changes it will be in the result. The continuity, momentum, energy and concentration equations are discretized by finite volume method and the results are presented as flow function and concentration and temperature contours. The simulation results show that setting wavy barriers with A=0.01(m) and N=2 at left wall and A=0.075(m) and N=5 at right wall water productivity and convective heat transfer rate can be increased by about 31% and 31.34%.

    Keywords: Solar Still, Water Productivity, Barriers, Flow Pattern, Vortex
  • Mahnaz Dabaghi, Maryam Morakabati* Pages 111-118

    In This study, in order to evaluation of ductility and consequently the optimum workability region of novel Ti-3Al-8Mo-7V-3Cr titanium alloy (Ti-3873), the hot tensile tests were performed at a constant strain rate of 0.1 s-1 and the temperature range of 650-850 ℃ . To establish the relationship between microstructural evolution and ductility, the microstructure of the specimen was examined by optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM) after and before hot deformation. The results showed that ductility at the temperatures of 650-750 ℃ , increased from 33% to 54% as a consequence of transformation of α  to β  phases and gradually eliminating the α  phase. The maximum ductility obtained at 850 ℃  with a 71% increase in ductility. Microstructural studies showed the elongated and serrated boundaries confirmed the occurrence of dynamic recovery. Recrystallized grains were also observed at 850 ℃ . Therefore, it can demonstrate that the restoration mechanism of the Ti-3873 alloy during hot tension is dynamic recovery and partial dynamic recrystallization. Finally, according to tension results, the appropriate range of deformation deformation of the Ti-3873 alloy in this study is 800-850 ℃ .

    Keywords: Novel Titanium Alloy, Hot Ductility, Hot Tension, Dynamic Recovery, Recrystallization
  • Sanaz Hosseinzadeh, Alireza Davari, Amir H. Hashemian* Pages 119-129

    Composite materials are of great interest due to their exceptional strength, hardness-to-density ratio, high corrosion resistance, and low weight. One of the suitable methods for making composite pipes is using the extrusion process. Extrusion is a plastic deformation process that due to the compressive state of stress in extrusion, materials with low plasticity can be formed by this method. This article deals with the experimental-numerical investigation of extrusion, from various methods of forming process. Extrusion is done on a composite tube using aluminum and magnesium alloys. Aluminum is used due to its strength compared to high weight, excellent malleability, and magnesium due to the lightest structural metal, the lowest density among structural materials, machining, welding and casting capabilities, as well as high specific strength. The mentioned process was tested at different extrusion ratio, temperature and speed, and the effect of different process parameters on the properties of the extruded product was investigated. Then the process was simulated in the software and the experimental results obtained from the laboratory work and the numerical results obtained from the simulation were compared and validated with each other and the error percentage between the graphs of the experimental and numerical results was examined.

    Keywords: The Forming Process Of Metal Matrix Composite, Extrusion, Experimental, Numerical Analysis, Finite Element Method, Metalic Billets