Faculty - دانشکده فنی و مهندسی

Faculty - دانشکده فنی و مهندسی

P.H.D dissertations

مطالعه عددی و تجربی تخمین تنشهای پسماند و مدل مکانیکی ماده با استفاده از نفوذ کروی و پارامترهای هندسی سطح
2023
رفتار مواد و سازهها در حین قرار گرفتن تحت انواع بارگذاری و شرایط عملکردی، به خواص مکانیکی و تنشهای پسماند موجود در آنها بستگی دارد. خواص مکانیکی و تنشهای پسماند مواد و اجزای سازههایی که برای مدت طولانی در شرایط محیطی و بارگذاری متفاوت قرار گرفتهاند ممکن است نسبت به مقادیر اولیه تغییر کند؛ از این رو از دیرباز همواره محققین به دنبال یافتن روشهای غیر مخرب برای دستیابی خواص این مواد بودهاند. یکی از روشهای غیر مخرب روش نفوذ میباشد. استخراج و تخمین خواص مکانیکی و تنشهای پسماند مواد با استفاده از روش نفوذ پیوسته، یکی از راهکارهای نسبتا کم هزینه میباشد؛ در این روش خواص مکانیکی و تنشهای پسماند با استفاده از منحنی نیرو-عمق نفوذ به دست آمده از آزمایشهای نفوذ به همراه روشهای تحلیلی یا عددی تخمین زده میشوند. علی رغم اینکه در زمینه نفوذ پژوهشهای متعددی صورت گرفته اما هنوز زوایای جدیدی باقی مانده است و در این پژوهش سعی بر آن بوده است که به نقاط کوری که کمتر مورد بررسی قرار گرفته، پرداخته شود. در این پژوهش با استفاده از روش آنالیز معکوس طراحی شده و نفوذ کروی ماکرو، خواص مکانیکی وتنشهای پسماند در مواد همسانگرد و ناهمسانگرد به صورت توأمان تخمین زده شدهاند. روند کار بدین صورت بوده است که شبیهسازیهای المان محدود متعدد با خواص مکانیکی و تنشهای پسماند مختلف اجرا گردید و با استفاد از نتایج آنها و روش آنالیز معکوس، شبکه عصبی مصنوعی طراحی شد که بتواند بین آوردههای نفوذ کروی و خواص مکانیکی و تنشهای پسماند رابطهای را ایجاد کند. از شبکه عصبی به عنوان ابزاری قدرتمند در رابطهسازی بین ورودیها و اهداف استفاده گردید. با استفاده از شبکه عصبی طراحی شده، تنشهای پسماند، تنش تسلیم، نسبت تسلیم و توان کرنش سختی با استفاده از پارامترهای منحنی نیرو – عمق نفوذ و پارامترهای هندسی سطح تخمین زده شدند. عملکرد روش پیشنهادی با اعمال آن بر روی نتایج آزمایش نفوذ کروی دو ماده فولاد 136L و آلیاژ آلومینیوم 2222 ارزیابی شد و همانطور که مشاهده خواهد شد مقادیر تخمین زده شده و واقعی تطابق خوبی با یکدیگر دارند. در بخشی دیگر از این پژوهش، تنشهای پسماند دو محوره غیر یکسان و یکسان و نیز خواص ناهمسانگرد و همسانگرد با شبکه عصبی طراحی شده مجزایی تخمین زده شدند. روش پیشنهادی با چند حالت مختلف از خواص واقعی مواد صحهگذاری گردید. تأث
تنش پسماند صفحه ای و خواص ماده به روش نفوذ تیز
2018
تنش پسماند نقش بسیار مهمی در فرآیندهای خرابی و ازکارافتادگی قطعات صنعتی داراست که از آن جمله می توان به فرآیندهای خستگی، شکست، سایش و اعوجاج اشاره کرد. به همین علت، دانش بررسی تنش پسماند برای پیش-بینی مقاومت و تعیین عمر مصالح مهندسی بسیار ضروری است. از طرفی، در بسیاری از مواقع، به دست آوردن خواص مکانیکی مواد به کمک آزمون های مخرب امکان پذیر نیست. روش نفوذ در عین غیر مخرب بودن، اطلاعات لازم جهت اندازه گیری تنش پسماند و خواص ماده را تواما فراهم می سازد. علی رغم مطالعات زیادی که در این راستا انجام شده است، هنوز زوایای بکر و دست نخورده ای باقی مانده است که مطالعه ی پیش رو قصد پیشبرد این روش و هرچه فراگیرتر کردن آن را داشته است. در این پژوهش گامی نوین در استفاده از روش نفوذ تیز در جهت استخراج خواص مکانیکی ماده و تنش پسماند برداشته شده است. روند کلی کار به این صورت است که با انجام شبیه سازی های متعدد از فرآیند نفوذ، رابطه سازی بین آورده های آزمایش نفوذ و تنش تسلیم، توان کارسختی و تنش پسماند انجام شده است. این فرآیند شامل استخراج رابطه، به دست آوردن ضرایب و نهایتاً اطمینان از کارایی آن از طریق آزمایش های تجربی بوده است. در این راستا از الگوریتم ژنتیک و نیز شبکه ی عصبی به عنوان ابزارهایی توانمند در یافتن پارامترهای موردنظر بهره جسته شده است. به منظور انجام آزمایش های تجربی شش ماده-ی مختلف آلومینیومی و فولادی به شکل صلیبی انتخاب شده اند. برای ایجاد تنش پسماند از قالبی جهت اعمال تنش استفاده شده که توانایی اعمال نسبت های مختلف تنش را در هر دو راستا داشته است. همچنین سه نمونه ی کوئنچ شده در سه دمای مختلف به همراه یک نمونه ی جوشکاری شده به عنوان نمونه های دارای تنش پسماند واقعی مورد آزمون نفوذ قرارگرفته-اند. در این پژوهش، دامنه ی وسیعی از مواد آلومینیومی و فولادی در سه حالت عاری از تنش، دارای تنش پسماند دومحوری-یکسان و نیز دارای تنش دومحوری غیر یکسان مورد واکاوی قرارگرفته اند. فرورونده های مورداستفاده در این مطالعه، ویکرز و نوپ بوده اند. به دلیل شکل هندسی متقارن فرورونده ی ویکرز، برعکس فرورونده ی نوپ، از آن به منظور استخراج خواص مکانیکی و تنش های پسماند در حالت دومحوری یکسان و به همین ترتیب بر مبنای شکل هندسی نامتقارن فرورونده ی نوپ از آن به منظور یافتن تنش های پسماند در هر دو ح

Master Theses

استفاده از روش برهمنگاری تصاویر دیجیتالی برای اندازهگیری تنش پسماند در روش سوراخ کاری مرکزی
2023
روش برهمنگاری تصاویر دیجیتال در دهه اخیر مورد توجه بسیاری قرارگرفته است. بسیاری از محققان در زمینههای مختلف مهندسی، بهطور مثال در مهندسی مکانیک و در زمینه اندازهگیری میدانهای جابجایی و کرنش و در نتیجه اندازهگیری تنش نیز، پژوهشهای گستردهایی انجام داداهاند. این روش دارای ویژگیهاییست که برتری آن را بر روشهای دیگر اندازهگیری میدان جابجایی بهخوبی نشان داده است. ویژگیهایی مانند عدم نیاز به اپراتور حرفهایی، عدم نیاز به پیشنیازهای پیچیده و هزینهبر برای شروع آزمایش، عدم تأثیر پذیری زیاد از شرایط محیطی مانند دما و ... از جمله مزایای این روش میباشد. همچنین سهولت دسترسی و ازرانی تجهیزات تصویربرداری و محاسباتی و نیز پیشرفته شدن این دو ملزوم اساسی برای روش برهمنگاری تصاویر دیجیتال هم بر افزایش قدرت این روش و در نتیجه اشتیاق محققین برای استفاده از آن افزوده است. اما این روش عاری از نقص نمیباشد. یکی از محدودیتهای مهم در روش برهمنگاری تصویر دیجیتال، الزام به عمود بودن محور نوری آینه بر سطح قطعه است، بطوری که این محدودیت بهعنوان یکی از سه اصل اساسی روش برهمنگاری تصاویر دیجیتال بیان شده است. چندی از محققین با صراحت نتایج به دست آمده از این روش، در صورتی عدم عمود بودن محور نوری دوربین بر سطح قطعه را بی اعتبار توصیف کردهاند. حال آنکه این محدودیت باعث ناکارآمدی روش برهمنگاری تصاویر دیجیتال در موارد آزمایشگاهی و حتی صنعتی شده است. برای اندازهگیری تنشهای پسماند با روشهای سوراخکاری، ایجاد خطا در سوراخکاری در صورت برداشتن مته و سایر تجهیزات بهمنظور ثبت تصویر، باعث ناکارآمدی روش برهمنگاری تصویر دیجیتال میشود. در مقالاتی دیگر برای اندازهگیری میدان جابجایی در مواردی که امکان عمود بودن دوربین بر سطح قطعه را ندارند، روش برهمنگاری تصاویر دیجیتال 3 بعدی را توصیه کردهاند که خارج از حوصله بحث پژوهش حاضر است. مقالاتی دیگر نیز استفاده از ادوات اپتیک مانند آینه یا منشور را پیشنهاد دادهاند که باید گفت استفاده از آینه برای ثبت تصویر عمود همیشه عملی نیست. در پژوهش حاضر اقدام به رفع الزام عمود بودن محور نوری دوربین در روش برهمنگاری تصویر دیجیتال و همچنین ایجاد چینش و دستورالعملی برای اندازهگیری تنشهای پسماند به روش سوراخکاری مرکزی گامبهگام با این شیوه، بهصورت دوبعدی (تنها با یک دوربین) است. در این پژوهش مبا
مطالعه عددی و تحلیل تجربی تنش های پسماند به وجود آمده به وسیله لیزر کوبی در یک آلیاژ الومینیوم
2023
چکیده: لیزرکوبی روشی نسبتا نوین برای ایجاد تنش های پسماند فشاری است. این روش همانند سایر روش های ایجاد تنش های پسماند فشاری،با افزایش مقاومت جسم در برابر ترک خوردگی تنشی، انتشار ترک، خستگی فرسایشی، ایجاد حفره، آسیب جسم خارجی و تمرکز تنش عمر خستگی قطعه را بهبود می بخشد. در مقایسه با ساچمه زنی و کوبش فراصوتی،تنش های پسماند فشاری و عمق تحت تاثیر پلاستیک در لیزرکوبی بسیار بیشتر است. در فرآیند لیزرکوبی بعد از برخورد پالس لیزر به قطعه اگر فشار موج ضربه ای بیشتر از حد هوگونیوت ماده باشد، انتشار امواج ضربه ای از طریق فلز باعث تغییر شکل پلاستیکی آن و در نتیجه ایجاد تنش های پسماند می شود. بزرگی و عمق تنش های پسماند فشاری در لیزرکوبی به پارامترهای مختلفی مانند اندازه و شکل لکه لیزر،شدت لیزر،طول موج،مدت زمان پالس،خواص مواد،محیط اطراف و غیره بستگی دارد. در این پژوهش فرآیند لیزرکوبی با دو رویکرد مطالعه عددی با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود و تحلیل تجربی مورد بررسی قرار گرفت. اثر همپوشانی، تعداد دفعات کوبش لیزر، فشار بیشینه، قطر پالس و نمودار فشار-زمان پارامترهایی هستند که در این بررسی مورد مطالعه قرار گرفتند. در پایان نامه حاضرتنش های پسماند به روش سوراخ کاری مرکزی گام به گام اندازه گیری شد. بر اساس نتایج به دست آمده با افزایش همپوشانی،تعداد دفعات کوبش لیزر و فشار بیشینه، عمق تحت تاثیر تنش های پسماند افزایش یافت اما تغییر قطر تاثیری بر روی میدان تنش های پسماند نداشت. همچنین لیزرکوبی بدون پوشش بر روی پارامترهای سطح تاثیر بسیار بیشتری نسبت به لیزرکوبی با پوشش گذاشت. لازم به ذکر است که نتایج به دست آمده از شبیه سازی های عددی و اندازه گیری های تجربی از تطابق مناسبی برخوردار بودند.
مطالعه تاثیر زبری بر نمودار نیرو-عمق نفوذ و سختی
2022
آزمون نفوذ کروی یکی از روش های غیر مخرب برای بدست آوردن خواص مکانیکی مواد می باشد که مورد توجه محققان بسیاری قرار گرفته است. این آزمون روشی سریع و ارزان می باشد که با کمترین اثرات جانبی بر روی قطعه، اطلاعات بسیاری در اختیار محققین می گذارد. در این پژوهش اثرات زبری سطح بر روی نمودار نیرو-عمق نفوذ و اندازه گیری سختی مورد مطالعه قرار گرفت. زبری سطح با استفاده از فرایند ماشین کاری تخلیه الکتریکی بر روی نمونه های آزمایشگاهی ایجاد گردید. همچنین، شبیه سازی زبری سطح در نرم افزار آباکوس انجام شد و زبری هایی در مقادیر مختلف شبیه سازی شد. با انجام آزمون های نفوذ در هر دو شرایط آزمایشگاهی و نرم افزاری در عمق نفوذهای مختلف، مشاهده شد که افزایش زبری موجب پراکنده شدن نمودار نیرو-عمق نفوذ می شود. همچنین، با افزایش زبری، سختی اندازه گیری شده کاهش می یابد. در موردی دیگر مشاهده شد که با افزایش عمق نفوذ، اثر زبری سطح در مقادیر سختی بدست آمده کمتر می شود.
مقایسه میدان تنش های پسماند ناشی از ساچمه پاشی مرسوم و ساچمه پاشی فراصوتی
2022
امروزه در بسیاری از صنایع پیشرفته به دلیل مقرون به صرفه بودن، روش های اصلاح سطح و بهبود کارایی قطعات بسیار مورد استفاده قرار می گیرند. یکی از موثرترین و پرکاربرد ترین روش های اصلاح سطح، ساچمه پاشی می باشد. ساچمه پاشی با ایجاد تغییر شکل پلاستیک و تنش پسماند فشاری در سطح و عمق قطعات نقش بسیار مهمی در افزایش عمر خستگی و کاهش شکست قطعات دارد. دو روش کاربردی در ساچمه پاشی که اغلب مورد استفاده قرار می گیرند ساچمه پاشی مرسوم و ساچمه پاشی فراصوتی است. به دلیل کاربرد فراوان این روش ها و اینکه مطالعه جامعی در مقایسه میدان تنش های پسماند حاصل از هر روش انجام نگرفته است، در پژوهش حاضر مقایسه ای بین میدان تنش های پسماند ایجاد شده توسط هر دو روش ساچمه پاشی مرسوم و فراصوتی صورت گرفته است تا خلأ موجود تا حدی بر طرف شود. در پژوهش حاضر برای ساچمه پاشی فراصوتی میدان تنش های پسماند حاصل سه اندازه ساچمه هم به صورت تجربی و هم به صورت شبیه سازی اجزء محدود مورد مطالعه قرار گرفته است. ساچمه پاشی مرسوم نیز با یک ساچمه مشترک با ساچمه پاشی فراصوتی و دو پوشش مختلف به صورت تجربی و شبیه سازی اجزاء محدود مورد مطالعه قرار گرفته است. تمامی ساچمه پاشی ها بر روی قطعات آلومینیومی با آلیاژ 2024-T351 صورت گرفته است. اندازه گیری های تجربی تنش های پسماند حاصل از دو روش ساچمه پاشی با روش سوراخکاری مرکزی گام به گام (ICHD) انجام شده است. در بین ساچمه پاشی های انجام شده بیشترین تنش پسماند توسط ساچمه پاشی فراصوتی با ساچمه بزرگ تر ایجاد شده است. همچنین، در بررسی که با ساچمه مشترک بین دو روش ساچمه پاشی فراصوتی و ساچمه پاشی مرسوم با پوشش %100 درصد صورت گرفته است میدان تنش های پسماند حاصل از هر دو روش ساچمه پاشی تقریبا مشابه بوده ولی زبری سطحی ایجاد شده توسط روش فراصوتی بسیار کمتر بوده است.
بهبود خواص اتصال جوش فولاد کربنی با استفاده از فرایند کوبش با فرکانس بالا (فراصوتی)
2021
در این تحقیق، ضمن مطالعه ی انواع روش های بهبود خواص اتصال جوش، تاثیر عملیات کوبش با فرکانس بالا (Ultrasonic چکشکاری فراصوتی) با انتخاب برخی پارامترهای بهینه، روی نمونه ی جوشکاری شده از فولاد کربنی API X65 که در خط لوله 48 اینچ انتقال گاز، بکار می رود، مورد بررسی قرار گرفت. به منظور دریافت اطلاعات دقیق تر از نمونه و توزیع تنش در عملیات شکل دهی (خمش) ، با استفاده از نرم افزار ANSYS شبیه سازی ساخت لوله انجام شد. سپس اندازه گیری تنش به روش Hole Drilling در نقطه ای از خط جوش انجام گرفت و توزیع تنش پسماند (ناشی از عملیات شکل دهی و جوشکاری) در آن بدست آمد. سپس با نتایج آزمایش اندازه گیری تنش در نمونه ی تنش زدایی شده با استفاده از عملیات Ultrasonic چکشکاری فراصوتی مقایسه گردید. جهت اعتبار بخشی به نتایج این آزمایش، اندازه گیری تنش پسماند به روش XRD نیز انجام شد.
اندازه گیری سختی با استفاده از پارامترهای منحنی نیرو-نفوذ برای فرورونده برینل
2021
آزمایش های سختی به صورت گسترده برای ارزیابی خواصی مانند استحکام، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر تغییر شکل انجام می شوند. این آزمایش ها در صنعت هم مورد استفاده هستند زیرا طول عمر ماده یا سازه را می توان از مقدار سختی، کاهش سختی یا نسبت سختی پیش بینی کرد. به این دلیل که اندازه گیری سختی نیازمند اندازه گیری سطح ایجاد شده در اثر نفوذ فرورونده به داخل ماده به وسیله روش های اندازه گیری نوری مانند استفاده از میکروسکوپ است، اعمال آزمایش های سختی به سازه های صنعتی در حال کار مشکل است . آزمایش های نفوذ پیوسته به عنوان جایگزین برای آزمایش های سختی پیشنهاد شده اند. در آزمایش نفوذ پیوسته منحنی نیرو-نفوذ توسط اندازه گیری پیوسته بار اعمالی و عمق نفوذ در حین آزمایش به دست می آید. این منحنی دارای یک بخش بارگذاری و یک بخش باربرداری است. با تحلیل منحنی نیرو-عمق نفوذ می توان خواص مکانیکی مانند استحکام تسلیم، مدول الاستیسیته و توان کار سختی را به دست آورد. در صورتی که به جای مطالعه سطح اثر باقی مانده پس از باربرداری از داده های به دست آمده از منحنی نیرو-عمق نفوذ استفاده شود، بر مشکلات آزمایش سختی متداول غلبه می شود. از جمله این مشکلات انجام آزمایش سختی بر روی موادی است که مانند لاستیک به شدت الاستیک هستند. در حین آزمایش نفوذ با یک فرورونده بسیار سخت، ماده ممکن است بسته به خواص مکانیکی آن و شکل فرورونده تغییرشکل پیدا کند. معمولا دو نوع از تغییرشکل در اطراف ناحیه نفوذ در نظر گرفته می شود: 1) فرورفتگی هنگامی که ماده در راستای محور عمودی به سمت پایین کشیده می شود 2) برآمدگی هنگامی رخ می دهد که ماده در راستای محور عمودی به سمت بالا می رود. واضح است که در این نوع از آزمایش ها هر دو حالت تغییرشکل بر روی محاسبات تاثیر می گذارند. برای مثال در برخی مطالعات نشان داده شده است اگر این حالت های تغییرشکل در نظر گرفته نشوند، تا حدود 30% خطا در محاسبات سطح به وجود می آید. به دلیل اینکه تعیین سختی حقیقی و مدول الاستیسیته نیازمند دانستن قطر متناظر با محل تماس فرورونده و ماده با بیشترین دقت ممکن است، مطالعات زیادی بر روی تعیین تغییرشکل ها انجام شده است. با فزایش عمق نفوذ در تمامی فرورونده ها مقدار برآمدگی و فرو رفتگی متغیر خواهد بود. در فرورونده های کروی نیز هندسه برآمدگی و فرورفتگی به طرز چشم گیری
اصلاح تنش های پسماند نمونه های ساخت افزایشی با استفاده از ساچمه پاشی و پاشش جت آب
2019
ساخت افزایشی یکی از فناوری های پیشرفته ساخت در حال حاضر است که از اتصال لایه لایه مواد برای ساخت قطعات بهره می برد. از تکنولوژی های ساخت افزایشی در حال حاضر تنها تعداد بسیار کمی نیاز کاربردهای صنعتی را برطرف می کنند که از آن جمله می توان به تکنولوژی ذوب انتخابی لیزر اشاره کرد. در این روش ماده اولیه پودر فلز بوده که به صورت لایه لایه به وسیله لیزر به طور کامل ذوب شده و جسم مورد نظر را شکل می دهد. هنگام ساخت این قطعات در اثر حرکت پیاپی لیزر بر روی قطعه، در اثر سرد و گرم شدن متناوب و ایجاد گرادیان های دمایی، در قطعه تنش های پسماند کششی ایجاد می شود و همین تنش ها سبب کاهش عمر ، استحکام و کارایی قطعه می شوند. از آن جایی که پارامترهای متعددی بر تولید این تنش های پسماند تأثیرگذار هستند، کنترل این تنش ها کار دشواری است. بنابراین اصلاح الگوی این تنش های پسماند، کاهش و حتی تبدیل آن ها به تنش های پسماند فشاری، می تواند عمر و خواص قطعات ساخته شده به روش ذوب انتخابی لیزر را بهبود بخشد. روش های ساچمه پاشی و کوبش جت آب از جمله روش های مورد استفاده برای اصلاح تنش های پسماند کششی می باشند، که در روش ساچمه پاشی با نیروی حاصل از کوبش ساچمه ها و در روش کوبش با جت آب با نیروی حاصل از کوبش قطرات آب، در سطح قطعه تغییر شکل های پلاستیک پدید آمده و تنش های پسماند فشاری در سطح جسم و نزدیکی آن ایجاد می شوند. در این پژوهش، پس از ساخت قطعات مکعبی شکل از جنس فولاد316L به روش ذوب انتخابی لیزر، تنش های موجود در حالت های قبل و بعد از برش از روی صفحه کار به روش سوراخکاری مرکزی گام به گام اندازه گیری و سپس به اصلاح تنش های پسماند با دو روش ساچمه پاشی و کوبش جت آب پرداخته شد. بر اساس نتایج به دست آمده، تنش های پسماند با روش ساچمه پاشی به خوبی اصلاح شده اند و در سطح قطعه تنش های پسماند فشاری پدید آمده است. اما در روش کوبش با جت آب تنش ها تنها در عمقی بسیار نزدیک به سطح به میزان خیلی کمی کاهش داشته است و تقریباً می توان گفت اصلاح تنش صورت نگرفته است. زبری سطح نیز که پارامتری مورد توجه برای افزایش عمر قطعه است، در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که ساچمه پاشی سبب کاهش زبری سطح شده در حالی که کوبش جت آب زبری نمونه ها را افزایش داده است. هم چنین، در این پژوهش شبیه سازی اجزاء محدود هر سه فراین
مطالعه تجربی و عددی اثر پارامترهای ساخت بر روی تنش های پسماند در روش ساخت افزایشی
2019
ساخت افزایشی روشی است که با آن تولید لایه به لایه در فرآیندی افزایشی انجام می شود که از این نظر، با روش های تولید سنتی دیگر و یا فرآیندهای قالب ریزی و ریخته گری در تضاد است. معمولا 7 دسته بندی کلی برای فرآیندهای ساخت افزایشی در نظر گرفته می شود. در این مطالعه، از فرآیند ذوب گزینشی لیزر که به اختصارSLM گفته می شود، استفاده شده است. در این روش، ماده اولیه بستری از پودر است که توسط لیزر با یکدیگر ادغام می شوند. از آن جایی که در این فرآیند، شاخص های ساخت بر روی تنش های پسماند و خصوصیات مواد ساخته شده به این روش موثر هستند، بررسی این اثرات ضروری است؛ با این حال، تاکنون مطالعه عددی گسترده ای در این زمینه صورت نگرفته است. در پژوهش حاضر به صورت عددی و تجربی، به بررسی اثر پارامترهای ساخت بر روی تنش های پسماند قطعات ساخته شده از پودر فولاد 316L به روش ذوب انتخابی لیزر پرداخته شد و نتایج عددی و تجربی با یکدیگر مقایسه شدند. تاثیر پارامترهای مهم ساخت (ضخامت لایه ها، همپوشانی خطوط اسکن و زاویه بین لایه های متوالی) بر تنش های پسماند نیز مورد بررسی قرار گرفت. در مدل اجزاء محدود که توسط نرم افزار آباکوس ساخته شد، سعی بر آن بوده تا مدلی مشابه به حالت واقعی مورد بررسی قرار گیرد. تنش های پسماند نیز به روش سوراخکاری مرکزی گام به گام اندازه گیری شدند. در نهایت، با توجه به نتایج به دست آمده، نتایج عددی و تجربی دارای تطابق مناسبی بودند. نتایج این پژوهش نشان داد که با افزایش ضخامت لایه ها و درصد همپوشانی، به دلیل کاهش گرادیان دمایی و نرخ خنک کنندگی،تنش های پسماند در قطعات کاهش یافتند. هم چنین اندازه چرخش مسیر اسکن در لایه های متوالی باید به گونه ای باشد تا از تجمع تنش-های پسماند در یک جهت جلوگیری شود که این امر در نمونه ها با زاویه چرخش 45 درجه نسبت به زاویه چرخش 15 و 90 درجه تحقق یافت. از بین تمامی پارامترها، زاویه چرخش 45 درجه توانست به طور چشم گیری تنش های پسماند را درعمق قطعه کاهش دهد.
بررسی اثر ضخامت پوشش نیتریدی نانوساختار اعمال شده به روش رسوب فیزیکی بخار PVD بر خواص سطحی
2019
در این پژوهش توسط روش رسوب فیزیکی بخار با استفاده از تبخیر قوس کاتدی لایه های نانوساختار TiN بر روی فولاد زنگ نزنL 316 طی زمان های 1، 2 و 3 ساعت اعمال شد. بیشترین ضخامت با مدت زمان 3 ساعت به دست آمد که برابر 4 میکرون بود. پارامترهای مختلفی بر روی خواص ساختاری، مکانیکی و همچنین خواص سایش تاثیر گذار است، با این حال همان طور که عنوان شد زمان به عنوان پارامتر اصلی بررسی شد. همچنین پوشش چندلایه Ti/TiN به مدت زمان 1 ساعت جهت مقایسه خواص سطحی با پوشش های TiN رسوب دهی شد. خواص فیزیکی و مکانیکی همچون ریزساختار، ضخامت، ترکیب شیمیایی، فازهای تشکیل دهنده پوشش، اندازه دانه، بافت، سختی، تنش پسماند و سایش مورد مطالعه قرار گرفته شد. شناسایی فازهای موجود در پوشش توسط روش پراش پرتو ایکس (XRD) انجام شد. از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مجهز به آنالیز تفکیک انرژی (EDS) جهت مطالعه ریز ساختار و مورفولوژی رشد و ترکیب پوشش استفاده شد. بررسی خواص مکانیکی توسط آزمون نانوفرورونده انجام شد. همچنین در این پژوهش رفتار سایشی پوشش ها نیز مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از آزمون پراش پرتو ایکس نشان داد پوشش های ایجاد شده همگی نانوساختار است، با افزایش زمان رسوب دهی ضخامت پوشش های ایجاد شده از 4/1 به 4 میکرومتر افزایش و اندازه بلورک ها از 19 به 5/16 ناتومتر کاهش یافته است. در پوشش های TiN با افزایش ضخامت، سختی پوشش ها از 59/20 به 74/21 گیگا پاسکال افزایش پیدا کرد. همچنین مدول الاستیک نیز با افزایش ضخامت از 83/409 به 11/460 گیگاپاسکال افزایش پیدا کرد. سختی و مدول الاستیک پوشش Ti/TiN به دلیل تجمع نابجایی ها در میان لایه های پوشش به ترتیب 06/23 و 85/465 گیگاپاسکال به دست آمد. همچنین افزایش زمان رسوب دهی منجر به زیاد شدن تعداد ماکرو ذرات در سطح پوشش شد. تنش پسماند در پوشش TiN با آزمون نانوفرورونده محاسبه شد. افزایش ضخامت پوشش سبب افزایش تنش از 05/2- به 35/5- گیگاپاسکال شد. نتایج آزمایش های تجربی با مدل سازی به روش اجزا محدود مقایسه شد و صحت نتایج آزمون دندانه گذازی نانو را تایید کرد.
تاثیر ریزدانه سازی و تنش های پس ماند حاصل از ساچمه زنی بر رفتار خوردگی تیتانیم خالص تجاری
2019
در این ....
کاربرد فرورونده بیضی گون در اندازه گیری تنشهای پسماند سطحی
2018
تنش های موجود در یک قطعه بر عمر و استحکام آن تاثیرگذار هستند؛ به ویژه تنش های پسماند که بسته به ماهیت خود می توانند باعث افزایش یا کاهش نرخ رشد ترک و نیز تغییر در عمر خستگی قطعه شوند. به همین علت اندازه گیری تنش در واحدهای صنعتی، موضوعی مهم و پرکاربرد است. از آنجا که این اندازه گیری ها با هدف سنجش وضعیت عملکرد قطعه ها صورت می گیرد در برخی موارد لازم است روش مورد استفاده غیر مخرب یا نیمه مخرب باشد. از مهم ترین روش های غیر مخرب اندازه گیری تنش می توان روش های پراش (ایکس و نوترون)، روش التراسونیک و روش مغناطیسی (بارک هاوزن) را نام برد. هریک از این روش ها اگرچه مزایایی دارند، اما در بسیاری از موارد کاربردی نیستند. به عنوان مثال روش پراش اشعه X که به دلیل دقت بالا بیشترین کاربرد را دارد، اگرچه سبب تخریب سطع قطعه نمی شود ولی نیاز به نمونه سازی داشته و در عمل امکان استفاده از آن در تعیین تنش سطحی روی قطعه های ساخته شده به دشواری ممکن است. اندازه گیری تنش به کمک تست نفوذ، شیوه ای نوین است که ضمن نیمه مخرب بودن، مزیت هایی نظیر سهولت انجام آزمایش، هزینه ی کم، تفکیک فضایی بالا و ... دارد و می تواند تخمین دقیقی از تنش های پسماند سطحی فراهم کند. در این شیوه از فرورونده های گوناگونی استفاده می شود که در دو دسته تیز و کروی دسته بندی می-شوند. استفاده از هر یک از فرورونده ها مزایا و معایب خود را دارد. ارائه فرورونده ای جدید که مزایای هر دو گروه از فرورونده ها را داشته باشد و معایب آن ها را پوشش دهد می تواند در بهبود عملکرد تست نفوذ در اندازه گیری تنش تاثیر چشم گیری داشته باشد. در این مطالعه، تنش های پسماند با استفاده از منحنی نیرو-عمق نفوذ به دست آمده از انجام آزمایش نفوذ با دو مرحله بارگذاری با استفاده از فرورونده بیضی گون تعیین گردیدند. جهت بررسی مزایا و معایب این فرورونده آزمایش ها با فرورونده ی نوپ تکرار و نتایج با یکدیگر مقایسه شدند. پس از انجام آزمایش ها مشاهده شد که علی رغم اینکه استفاده از فرورونده بیضی گون به نیروی بیشتری نیاز دارد، داده های حاصل از آزمایشات تجربی نسبت به فرورونده نوپ انسجام بیشتری دارند. در تخمین تنش ها به منظور دستیابی به نتایج بهتر، شبکه عصبی مصنوعی به کار گرفته شد. شبکه عصبی با استفاده از داده های حاصل از تحلیل های اجزاء محدود و در نرم افزار متلب آموزش
بررسی اثر پلاستیسیته در اندازه گیری تنش پسماند به روش التراسونیک
2018
یکی از مشکلات اندا زه گیری تنش های پسماند مخرب ونیمه مخرب آسیب رساندن و عدم قابلیت حمل قطعه کار و سرعت پایین اندازه گیری می باشد. در روش غیر مخرب التراسونیک علاوه بر اینکه به قطعه کار آسیبی وارد نمی شود بلکه اگر امکان انتقال قطعه کار نباشد نیز می توان تنش های پسماند را اندازه گیری کرد. روش التراسونیک دارای امواج گوناگونی برای اندازه گیری تنش پسماند می باشد که در این پژوهش از امواج طولی با زاویه شکست بحرانی استفاده شده است زیرا حساسیت آن نسبت به موج های دیگر بیشتر بوده، سطح بیشتری را اسکن می کند، نسبت به اثر بافت حساسیت کمتری ازخود نشان می دهند و دلایل دیگری که در متن پایان نامه آمده است، ارجحیّت موج LCR (موج طولی با زاویه شکست بحرانی) را نسبت به موج های دیگر نشان می دهد در این پژوهش هدف بررسی اثر پلاستیسیته در اندازه گیری تنش پسماند به روش التراسونیک می باشد که به این منظورسه دیسک از جنس فولاد ضد زنگ L316 تحت عملیات حرارتی در دما های °c300، °c500و °c700 کوئنچ شدند که هرکدام مقدار متفاوتی از تنش داشتند. اندازه-گیری تنش های پسماند با دو روش آزمایشگاهی التراسونیک و سوراخکاری مرکزی اندازه گیری شدند و با شبیه سازی عددی مقایسه گردیدند. برای انجام شبیه سازی عددی نیاز به مشخصات قطعه بود که پس از تهیه نمونه آزمایش کشش با استاندارد ASTM-8M از ورق اولیه و انجام آزمایش کشش مقدار تنش تسلیم و ضریب کشسان به دست آمد. پس از انجام شبیه سازی عددی با مشخصات به دست آمده از قطعه، مقدار تنش های پسماند توسط دو روش التراسونیک و سوراخکاری مرکزی اندازه گیری شدند. برای اندازه گیری ضریب اکستوالاستیسیته در روش التراسونیک از نمونه های تست کشش تهیه شده از ورق اولیه به نحوی استفاده شد که نمونه تحت تنش های مختلف قرار گرفته و همزمان زمان پرواز موج ثبت شد و از شیب نمودار σ_y و (E(t-t_0))/t_0 مقدار ضریب اکستوالاستیسیته فولاد ضد زنگ 316l به دست آمد. در نهایت نتایج روش التراسونیک با نتایج حاصل از سوراخکاری مرکزی و شبیه سازی عددی مقایسه شدند و نتایج مورد بررسی قرار گرفت.
بررسی اثر ساچمه پاشی بر توزیع مجدد تنش های پسماند حاصل از جوشکاری
2018
در بسیاری از کاربردهای صنعتی، جوشکاری به عنوان تنها روش مورد استفاده برای اتصال قطعات گوناگون شناخته می شود. با این حال، حضور مقادیر بالایی از تنش های پسماند کششی، یکی از مهم ترین مشکلات مربوط به سازه های جوشکاری شده است که به دلیل شکل گیری چرخه های حرارتی حین فرآیند جوشکاری، در قطعات ایجاد می شوند. نظر به اینکه حضور تنش-های پسماند کششی سطحی، به عنوان یکی از عوامل شتاب دهنده واماندگی های ناشی از خستگی و پدیده های مخرب دیگر شناخته می شود، حضور این نوع از تنش ها، تهدیدی جدی در برابر عمر و کارکرد قطعات جوشکاری شده است. تکرار این چرخه های حرارتی در فرآیند جوشکاری چند پاس، سبب شکل گیری سیستم پیچیده تری از تنش های پسماند می گردد که همین امر، مطالعه دقیق تر تنش های پسماند موجود در این مقاطع جوشکاری شده را ضرورت می بخشد. ساچمه پاشی، یکی از شناخته شده ترین روش هایی است که با ایجاد تنش های پسماند فشاری سطحی، سبب حذف یا محدودسازی تنش های پسماند کششی حاصل از جوشکاری شده و به بهبود عمر و کارکرد قطعات جوشکاری شده، کمک شایانی می کند؛ با این حال، تاکنون میزان اثر بخشی این عملیات بر روی مقاطع جوشکاری شده بزرگ با تعداد پاس های جوشکاری بالا، مورد مطالعه قرار نگرفته است.در پژوهش حاضر، به بررسی عددی و تجربی اثر ساچمه پاشی بر توزیع مجدد تنش های پسماند حاصل از جوشکاری چند پاس، بر روی یک نمونه جوشکاری شده و نمونه ای با گرده جوش ماشین کاری شده، پرداخته شده است. در بررسی های اجزاء محدود به کار رفته در این پژوهش، از مدل های سه بعدی جوشکاری و مدل های ساچمه پاشی با پاشش تصادفی استفاده شده است. همچنین، مطالعات اجزاء محدود گسترده ای نیز به منظور بررسی اثر ابعاد مدل و تعداد پاس ها، بر پیش بینی تنش های پسماند حاصل از جوشکاری انجام گرفته است.نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که حتی در اتصالات جوشکاری شده با ابعاد بزرگ و تعداد پاس های جوشکاری زیاد، ساچمه پاشی دارای اثر بسیار مطلوبی بر کاهش تنش های پسماند کششی است. همچنین کاهش تعداد پاس های جوشکاری در مطالعات اجزاء محدود، بدون اثرگذاری بر صحت پاسخ های به دست آمده در نواحی سطحی، سبب کاهش چشمگیر زمان انجام محاسبات می گردد
اندازه گیری تنش پسماند صفحه ای با استفاده از آزمایش نفوذ سمبه تیز در محل استفاده از قطعه
2018
ارزیابی تنش پسماند یک ابزار مهم برای کنترل فرآیند، کنترل کیفی، ارزیابی طراحی و آنالیز نقص می باشد. این تنش ها می-توانند پیامدهای مهمی روی عمکلرد اجزاء و قطعات مهندسی داشته باشند و همچنین تأثیر زیادی روی خوردگی، مقاومت شکست، خزش و غیره را دارا می باشند. روش های مختلفی برای اندازه گیری تنش پسماند وجود دارند و به دو گروه کلی روش های مخرب (مکانیکی) و روش های غیر مخرب تقسیم می شوند. هر تکنیکی از مزایای خاصی بهره می برد که به سایر آن ها برتری دارد و محیط کاربردی خاص خود را داراست، اما به طور معمول روش های مخرب مستلزم هزینه و کار نسبتاً زیادی می باشند، بنابراین روش های غیر مخرب بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. در این پایان نامه هدف بررسی روند تعیین تنش پسماند دومحوری یکسان و خواص ماده با استفاده از فرورنده راکول توسط دستگاه پرتابل می باشد، زیرا در بسیاری از مواقع امکان انتقال قطعه به آزمایشگاه ها برای تعیین تنش های پسماند وجود ندارد، لذا نیاز به روشی که بتوان تنش های پسماند را در محل قطعه اندازه گیری نمود، حس می شود. از آن جا که روش نفوذ در عین غیرمخرب بودن، اطلاعات لازم را جهت اندازه گیری تنش پسماند به صورت محلی فراهم می سازد، گزینه مناسبی است تا دستگاهی پرتابل بر اساس این روش برای نمونه های بزرگ طراحی و ساخته شود. در این پژوهش شبیه سازی های گستره در محدوده آلومینیوم انجام شده و سپس با به کارگیری ابزار شبکه عصبی جهت تخمین تنش پسماند دومحوری یکسان و خواص مکانیکی ماده راه حلی ارائه شده است.
تنش گیری در قطعات با استفاده از ارتعاش
2017
ایجاد تنشهای پسماند در فرآیندهای تولید و تعمیرات امری بدیهی و در عین حال در بیشتر مواقع مضر است. بهعنوان مثال، تنشهای پسماند کششی قادرند با اضافه شدن به تنشهای حاصل از بارگذاریهای متفاوت، باعث تسریع در رشد ترکهای موجود در قطعه و در نهایت تسلیم شوند. به همین دلیل پس از فرآیندهای مذکور باید تنشزدایی صورت گیرد. بهطورکلی امروزه دو روش حرارتی و ارتعاشی برای تنشزدایی وجود دارد. روش ارتعاشی در مقایسه با روش حرارتی دارای مزایایی ازجمله کاهش هزینه، کاهش زمان و صرفهجویی در انرژی میباشد، لذا این روش در سالهای اخیر بسیار موردتوجه پژوهشگران و صنعتگران قرار گرفته است. در پژوهش حاضر اثر ارتعاش تشدیدی روی نمونههای حاوی تنشهای پسماند بهصورت عددی و تجربی بررسی شده است. تنشهای پسماند از طریق فرآیندهای کوئنچ و جوشکاری به ورقهای فولادی اعمال شدند. تنشهای پسماند حاصل از فرآیند کوئنچ بهصورت عددی و تنشهای پسماند ناشی از فرآیند جوشکاری، هم بهصورت عددی و هم بهصورت تجربی مورد بررسی و مطالعه قرار گرفتند. در هردو فرآیند فوق از روش ارتعاشی برای تنشزدایی ورقهای فولادی استفاده شد. تنشزدایی ارتعاشی با بهرهگیری از یک دستگاه آزمون تکمحوره انجام شد و نشان داده شد که روشهای ارتعاش تشدیدی در زدودن تنشهای پسماند ورق جوشکاری شده کارساز هستند. این دستگاه از لحاظ بسامد و دامنه ارتعاش دارای محدودیت بود لذا مدل المان محدودی جهت یافتن ابعاد و مکانیزم متناسب با تشدید نمونه برای این دستگاه ایجاد شد و پس از بررسی، ابعاد و مکانیزم ارتعاشی مناسب بهدست آمد. سپس با استفاده از روش سوراخکاری مرکزی مقادیر تنشهای پسماند اندازهگیری شد. مدلسازی المان محدود با نرمافزار آباکوس انجام شد. شار حرارتی حجمی با استفاده از رابطه گلداک برای شبیهسازی جوشکاری با استفاده از یک زیربرنامه تعریف شد. سرانجام نتایج عددی و تجربی مقایسه شدند و در بیشتر موارد همخوانی خوبی میان آنها بهدست آمد. نتایج عددی و تجربی هردو نشان دادند که تنشهای پسماند در چرخههای نخست ارتعاش آزاد میگردند. تنشهای پسماند برآمده از جوشکاری 06 تا 81 درصد آزاد شدند. در ضمن یک لرزاننده مکانیکی تکمحوره بهمنظور ارتعاش قطعات با بسامد بالاتر و دامنه بیشتر ساخته شد. تنشهای پسماند برآمده از جوشکاری بهوسیله این لرزاننده نیز 08 تا 13 درصد کاهش یافتند. اثر دامنه و مدت زمان ارتعاش بر
بررسی اثر پارامترهای مختلف در تولید تنش پسماند سطحی با روش واتر جت پینینگ
2017
بسیاری از قطعات صنعتی تحت تاثیر خستگی می باشند. اعمال نیروهای متناوب کششی-فشاری باعث می گردد که این قطعات به مرور زمان دچار خستگی یا شکست ناگهانی شوند. به طور کلی فرآیند خستگی فلزات بر اثر به هم پیوستن ریزترک های موجود درسطح قطعات می باشد. یکی از راه های افزایش مقاومت اجسام در برابر نیروهای متناوب، انجام کار سرد یا تولید تنش های پسماند فشاری در آنها است. با تولید تنش پسماند در قطعات می توان از رشد و به هم پیوستن این ریز ترک ها جلوگیری نمود و یا آن که شروع فرآیند خستگی را به تعویق انداخت. به منظور تولید تنش های پسماند در این قطعات می توان از فرآیند کوبش با کمک جت آب استفاده نمود. در این فرآیند آب با سرعت و فشار بسیار بالا بر سطح اجسام مختلف برخورد کرده و با انجام یک تغییر شکل پلاستیک درسطح اجسام، تنش های پسماند فشاری در آن ها تولید می نماید. در فرآیند تولید تنش های پسماند با کمک واترجت پارامترهای مختلفی دخالت دارند که می توان به فشار منبع تغذیه، فاصله قطعه تا محل خروج آب از نازل (SOD)، سرعت افقی(حرکت) آب بر روی قطعه Feed Rate، نوع نازل و .... اشاره نمود. با تغیر هرکدام از این پارامترها میزان تنش های پسماند در قطعات دچار تغییرات اساسی می شود. بیشتر پژوهش های انجام شده بر روی این فرآیند نیز برای رسیدن به یک حالت بهینه از ترکیب این پارامترها هستند. دراین پژوهش نیز تأثیر پارامترهای مختلف فرایند کوبش جت آب بر روی آلومینیم 7020-T6 به دوصورت عملی و شبیه سازی بررسی گردیده است. درطول این پژوهش برای بررسی نیز دو نوع نازل برای خروج آب (نازل گرد و پروانه ای) استفاده شده است. درنازل گرد آب به صورت قائم و بدون زاویه و درنازل پروانه ای با زاویه به سطح قطعه برخورد می کند. در طول این پژوهش تاثیر دیگر پارامترها نیز هر کدام به صورت جداگانه بررسی گردیده است و نمودار هر کدام نیز کشیده شده است. فرضیات مورد استفاده در این پژوهش شامل صرفنظر کردن از اثرات سیالاتی جت آب مثل نیروی درگ، فشار اتمسفر و اتلاف انرژی براثر اصطکاک می باشد. شبیه سازی به وسیله ی نرم افزار المان محدود آباکوس انجام شده است و تنش های پسماند ایجادشده بر روی سطح و عمق بررسی شده اند. در طول این پژوهش تأثیر فرآیند کوبش با کمک آب برروی عمر خستگی بررسی شده است و همچنین با کمک میکروسکوپ الکترون روبشیSEM)) از سطوح شکست عکس برداری
مطالعه ی تجربی وعددی اندازه گیری تنش پسماند با استفاده از روش کانتوردر نمونه های تو خالی
2016
چکیده: تنشهای خود متعادل درون جسم، بدون وجود بار خارجی را تنش پسماند میگویند. تنشهای پسماند به طور ناخواسته در حین فرآیندهای تولید مانند ریخته گری، جوشکاری، شکل دهی و... ایجاد میشوند. آنها با نیروی اعمال شده در حین سرویس دهی در تعامل بوده و تمامیت ساختار مهندسی قطعات را تحت تأثیر قرار می دهند. تنشهای پسماند، گاهی اوقات به تنهایی و گاهی در ترکیب با عوامل دیگر موجب تخریب قطعات می شوند. بدین منظور اندازه گیری تنش های پسماند ضروری است. روش کانتور(Contour Method) یک روش نوین برای اندازه گیری تنش پسماند قطعات مهندسی است، زیرا به کار گرفتن تجهیزات آزمایشگاهی آن ساده و همچنین می تواندکانتور تنش پسماند دوبعدی را در جهت عمود بر صفحه اندازه گیری کند. به هرحال، استفاده از این روش منجر به تخریب نمونه خواهد شد. در این روش ابتدا قطعه حاوی تنش پسماند به وسیله دستگاه وایرکات دو نیم می شود، سپس جابجایی های ایجاد شده روی صفحات برش که ناشی از آزاد شدن تنش پسماند می باشند، توسط دستگاه اندازه گیری مختصات ثبت می شود و با استفاده از این داده ها و یک نرم افزار اجزاءمحدود و با فرض آزاد شدن تنش ها به صورت الاستیک، تنش های پسماند عمود بر سطح برش خورده محاسبه می شوند. همچنین این روش برای اندازه گیری تنش پسماند در سازههای بزرگ با ضخامتهای نازک و ضخیم کاربرد دارد. در زمینه ی روش کانتور تا به حال فعالیت های متنوع و زیادی انجام شده، ازجمله می توان به بررسی خطاهای به وجود آمده در این روش اشاره کرد. در سال های اخیر کانون توجه محققین به بررسی منشا خطاهای به وجود آمده در حین برش وایرکات و همچنین پارامترهای کنترل این خطاها معطوف شده است. مطالعه ی پیش رو برای نمونه های توخالی استوانه ای شکل صورت گرفته است، ولی با وجود نتایج بسیار خوبی که حاصل شد، در لبه های نمونه تغییر شکل دائمی صورت گرفته که این خطا ناشی از پارامترهای دستگاه برش و همچنین کمبود قیود ماده در لبه ها است. در این پژوهش برای جبران قیود مادی لبه های داخلی نمونه، نیمی از نمونه های تو خالی با فولاد زنگ نزن پر شد که نتایج بسیار خوبی در لبه های نمونه حاصل شد. درنهایت مقدار تنش پسماند در روش کانتور و همچنین روش کانتور اصلاح شده(اصلاح خطای لبه ها) با نتایج روش المان محدود آن ها مقایسه شده است.
بررسی توزیع تنشهای پسماند حاصل از پاشش جت آب
2016
بهبود خواص سطح اجزاء مهندسی هنوز یکی از مهمترین چالشهای مهندسی است. خستگی از عوامل رایج شکست در اجزاء مکانیکیای که در معرض بارهای دینامیکی هستند، میباشد. بیشتر ترکهای خستگی از سطح آغاز میشوند. یکی از محبوبترین روشهای جلوگیری از ایجاد ترک، ایجاد تنش پسماند فشاری در سطح بهوسیله کوبش است. این تنش پسماند فشاری میتواند باعث به تأخیر انداختن ایجاد ترک و یا کاهش نرخ رشد آن در قطعات شود. مقدار و عمق این تنشها مهمترین عامل در بهبود عملکرد قطعات و افزایش عمر خستگی آنهاست. کوبش جت آب یکی از روشهای ایجاد تنش پسماند فشاری در سطح قطعه برای بهبود عمر خستگی میباشد. در این پژوهش تأثیر جت آب بر روی سطح قطعه بهصورت یک توزیع فشار مدل شده است. تاکید این پژوهش، بر توزیع تنش پسماند حاصل از کوبش جت آب میباشد. فرضیات مورد استفاده در این پژوهش شامل صرفه نظر کردن از اثرات سیالاتی جت آب مثل نیروی درگ، فشار اتمسفر و اتلاف انرژی براثر اصطکاک میباشد. شبیهسازی بهوسیلهی نرمافزار المان محدود آباکوس در دو حالت جت ساکن و متحرک انجامشده است و تنشهای پسماند ایجادشده بر روی سطح و عمق بررسیشدهاند. همچنین اثر حرکت دادن جت آب روی سطح در این پژوهش مطالعه شده است. اندازهگیری تجربی تنش پسماند با روش سوراخکاری مرکزی گامبهگام صورت گرفته است. همچنین پارامتر زبری سطح به صورت تجربی و شبیهسازی اندازهگیری شده است. بهمنظور اعتبارسنجی، نتایج با کار عملی مقایسه شده است
اندازه گیری تنش پسماند به روش شیار زنی صلیبی روی نمونه کوئنچ شده
2016
تمامی فرایند های ساخت از قبیل ریخته گری، تراشکاری، شکل دهی و جوشکاری و همچنین برخی عملیات حرارتی منجر به ایجاد تنش پسماند در قطعات می شوند. به طور کلی، تنش پسماند عبارت است از حوزه های تنش که در غیاب نیروهای خارجی در جسم وجود دارند. این تنش ها معادلات تعادل را ارضا می کنند و هیچ مدرکی از وجود آن ها مشاهده نمی شود. حضور میدان های تنش پسماند در یک قطعه ممکن است به واماندگی آن بیانجامد، از این رو اندازه گیری و بررسی این میدان ها بخش مهمی از شاخه ی تحلیل تنش مکانیک جامدات را در برمی گیرد. روش های مخرب و غیر مخرب زیادی برای اندازه گیری این تنش های پسماند وجود دارد، روش شیارزنی یک ابزار بسیار مفید برای اندازه گیری تنش پسماند می باشد. استفاده از این روش در بسیاری از وضعیت ها که روش های دیگر غیردقیق، پرهزینه، سخت و یا به سادگی در همه جا امکان پذیر نیستند بسیار مناسب می باشد. در این روش با ایجاد برش هایی با عمق افزاینده، تنش های پسماند موجود در قطعه آزاد شده (تنش ها در جهت عمود بر صفحه ی شیارخواهند بود) و منجر به بروز تغییر شکل هایی در قطعه می شوند. با اندازه گیری تغییر شکل های به وجود آمده در محل های مناسب توسط کرنش سنج و با استفاده از روابطی بر پایه ی الاستیسیته و مکانیک شکست تنش پسماند موجود در قطعه پیش از ایجاد شیار قابل محاسبه خواهد بود. در پژوهش حاضر به اندازه گیری آزمایشگاهی و همچنین مطالعه عددی توزیع تنش پسماند در دو جهت عمود بر هم در نمونه هایی از جنس فولاد ضدزنگ L316 با استفاده از روش شیارزنی صلیبی اصلاح شده (با استفاده از روش کامپلیانس و روش LEFM) پرداخته شده است. این روش شامل یک تغییر اساسی در برش روش شیارزنی صلیبی می شود. تنش پسماند موجود در قطعات با عملیات حرارتی کوئنچ ایجاد شده است. نتایج بدست آمده از راه عددی با نتایج حاصل از مطالعات قبلی که بر روی روش شیارزنی صلیبی انجام شده است مقایسه شده اند. منابع دیگر خطا عبارتند از پیدایش پلاستیسیته حین برشکاری و عدم یکنواختی توزیع تنش پسماند در راستای شیار که به تفصیل بررسی شده است. تأثیر کرنش های آزاد شده ی موازی با صفحه ی شیار (هنگام اندازه گیری تنش پسماند در جهت اول) روی اندازه گیری در جهت دوم نیز به عنوان عامل خطایی در اندازه گیری جهت دوم بررسی شده است.
اثر تنش پسماند بر نمودار تنش-کرنش بدست آمده ازمیله ی هاپکینسون
2015
شناسایی رفتار مواد در نرخ کرنش بالا اهمیت زیادی در مدل سازی تغییر فرم های سریع سازه ها دارد. رفتار مواد در بارگذاری ضربه ای نسبت به شبه استاتیکی متفاوت است. یکی از روش های رایج برای تعیین رفتار ماده در نرخ کرنش های بالا استفاده از دستگاه تست هاپکینسون است که برای تعیین رفتار مکانیکی در نرخ کرنش های بالا102 و104 بر ثانیه به کار گرفته می- شود. درهنگام نمونه سازی برای میله ی هاپکینسون مقدار تنش پسماند در نمونه ها در نظر گرفته نمی شود و اثر آن روی نتایج نادیده گرفته می شود. باتوجه به محدود بودن مطالعات انجام شده، اثر تنش پسماند در میله ی هاپکینسون بررسی شد. به این منظور روش های مختلفی برای ایجاد تنش های پسماند در نمونه ها مانند کوئنچ و رولینگ و مندریل استفاده شد. در این پژوهش نشان داده شده است که تنش پسماند اهمیت بسزایی در نمودار تنش – کرنش حاصل از هاپکینسون دارد. در روش حرارتی با اعمال تنش پسماند به وسیله کوئنچ کردن نمونه ها در دماهای مختلف انجام شده است که نمودار های تنش – کرنش حاصل از هاپکینسون فشاری 7الی%16 نسبت به نمونه های بدون تنش پسماند سطح تنش افزایش پیدا کرده است. در روش مکانیکی تنش پسماند عمیق به وسیله فرایند مندریل کاری و تنش سطحی به وسیله فرآیند غلتک زنی ایجاد شده است که در روش مندریل کاری نمودار های تنش – کرنش حاصل از هاپکینسون فشاری 6 الی%11 افزایش سطح تنش نسبت به نمونه های بدون تنش پسماند داشته است و در روش غلتک زنی نمودارهای تنش – کرنش تغییر بسیار ناچیزی نسبت به نمونه های ساده داشته است. مقدار و توزیع تنش پسماند ناشی از این روش های کوئنچ و رولینگ و مندریل با استفاده از مدل‎سازی در نرم افزار ABAQUS اندازه گیری گرفته است. در نهایت برای مقایسه روش عددی وتجربی، در روش عددی به منظور اعمال رفتار واقعی ماده در نرم افزار ABAQUS ، از ضرایب جانسون کوک فولاد L304 استفاده شده است. با اعمال تنش های پسماند مختلف ذکر شده در هاپکینسون فشاری شبیه سازی شده، نمودار های تنش – کرنش عددی با تنش پسماند و بدون تنش پسماند محاسبه شده است. در نمودار تنش – کرنش عددی نمونه های کوئنچ شده 9 الی % 16 افزایش سطح تنش نسبت به نمونه بدون تنش پسماند داشته و در نمونه های مندریل کاری شده 6 الی % 14 تغییر بسزایی داشته ایم. در نمودار تنش – کرنش عددی با اعمال تنش پسماند غلتک زنی شده نسبت به نمو
اثر تنشهای پسماند بر نمودار بدست آمده از میله هاپکینسون
2015
چکیده: شناسایی رفتار مواد در نرخ کرنش بالا اهمیت زیادی در مدل سازی تغییر فرم های سریع سازه ها دارد. رفتار مواد در بارگذاری ضربه ای نسبت به شبه استاتیکی متفاوت است. یکی از روش های رایج برای تعیین رفتار ماده در نرخ کرنش های بالا استفاده از دستگاه تست هاپکینسون است که برای تعیین رفتار مکانیکی در نرخ کرنش های بالا102 و104 بر ثانیه به کار گرفته می- شود. درهنگام نمونه سازی برای میله ی هاپکینسون مقدار تنش پسماند در نمونه ها در نظر گرفته نمی شود و اثر آن روی نتایج نادیده گرفته می شود. باتوجه به محدود بودن مطالعات انجام شده، اثر تنش پسماند در رفتار مکانیکی بدست آمده از میله ی هاپکینسون بررسی شد. به این منظور روش های مختلفی برای ایجاد تنش های پسماند در نمونه ها مانند کوئنچ و رولینگ و مندریل استفاده شد. در این پژوهش نشان داده شده است که تنش پسماند اهمیت بسزایی در نمودار تنش – کرنش حاصل از هاپکینسون دارد. در روش حرارتی با اعمال تنش پسماند به وسیله کوئنچ کردن نمونه ها در دماهای مختلف انجام شده است که نمودار های تنش – کرنش حاصل از هاپکینسون فشاری 7الی%16 نسبت به نمونه های بدون تنش پسماند سطح تنش افزایش پیدا کرده است. در روش مکانیکی تنش پسماند عمیق به وسیله فرایند مندریل کاری و تنش سطحی به وسیله فرآیند غلتک زنی ایجاد شده است که در روش مندریل کاری نمودار های تنش – کرنش حاصل از هاپکینسون فشاری 6 الی%11 افزایش سطح تنش نسبت به نمونه های بدون تنش پسماند داشته است و در روش غلتک زنی نمودارهای تنش – کرنش تغییر بسیار ناچیزی نسبت به نمونه های ساده داشته است. در نهایت برای مقایسه روش عددی وتجربی، در روش عددی به منظور اعمال رفتار واقعی ماده در نرم افزار ABAQUS ، از ضرایب جانسون کوک فولاد L304 استفاده شده است. با اعمال تنش های پسماند مختلف ذکر شده در هاپکینسون فشاری شبیه سازی شده، نمودار های تنش – کرنش عددی با تنش پسماند و بدون تنش پسماند محاسبه شده است. در نمودار تنش – کرنش عددی نمونه های کوئنچ شده 9 الی % 16 افزایش سطح تنش نسبت به نمونه بدون تنش پسماند داشته و در نمونه های مندریل کاری شده 6 الی % 14 تغییر بسزایی داشته ایم. در نمودار تنش – کرنش عددی با اعمال تنش پسماند غلتک زنی شده نسبت به نمونه ساده تفاوت بسیار ناچیزی داشته است.
عیب یابی و تمدید عمر در آلیاژ آلومینیوم 356A
2015
بیشتر شکستها در سطح اتفاق میافتد. بنابراین کنترل و بهبود خصوصیات سطح میتواند تاثیر قابل توجهی بر افزایش عمر کاری و بهبود رفتار کلی مواد داشته باشد.ساچمهزنی یکی از رایجترین عملیات سطحی برای افزایش عمر خستگی قطعات فلزی است. فرآیند ساچمهزنی یک تنش پسماند فشاری روی سطح ایجاد میکند و مقاومت در برابر جوانه زنی و رشد ترک را افزایش میدهد. مقدار و عمق این تنشها مهمترین عامل در بهبود عملکرد قطعات و افزایش عمر خستگی آنهاست. در کنار مزایای ساچمهزنی شدید، افزایش زبری سطح از معایب این فرآیند محسوب میشودکه این امر تأثیر ساچمهزنی شدید در بهبود عمر خستگی را کاهش میدهد. در این پژوهش با انجام شبیهسازی فرآیند ساچمهزنی، اثر پارامترهای ساچمهزنی بر روی توزیع تنش پسماند فشاری، زبری سطح و اندازه دانهها بررسی شدهاست. همچنین در این پژوهش، تغییرات زبری سطح بر اثر ساچمهزنی مجدد با انرژی کمتر مورد بررسی قرار گرفتهاست. نتایج نشان میدهد که با افزایش انرژی فرآیند زبری سطح، عمق نفوذ و مقدار بیشینهی تنش پسماند فشاری افزایش و اندازهی دانهها در سطح کاهش مییابد. علاوه براین، شبیهسازی ساچمهزنی مجدد با انرژی کمتر، کاهش زبری سطح را نشان دادهاست. نتایج بدست آمده از شبیهسازی با انجام آزمایشهای تجربی و اندازهگیری زبری و اندازه دانهها صحهگذاری شدهاند. با انجام آزمونهای تجربی، تأثیر ساچمهزنی شدید بر عمر خستگی بررسی شدهاست که نشان میدهد در خستگی پرچرخه، ساچمهزنی شدید عمر را تا سه برابر افزایش دادهاست، در حالیکه در خستگی کمچرخه عمر تقریباً بدون تغییر بودهاست.
بررسی مکـانیکی و متالوژیکی رفتـار شکست و بالستیک ورق فــولادی HSLA-100 در دماهای محیط تا زیر صفر با نرخهای کرنش متفاوت
2015
در این پژوهش، رفتار مکانیکی و بالستیک فولاد HSLA-100 در دماهای محیط تا زیر صفر مورد بررسی آزمایشگاهی قرار گرفت. آزمایش های نرخ کرنش بالا توسط دستگاه هاپکینسون کششی و آزمایش های شبه استاتیکی توسط دستگاه اینسترون صورت پذیرفت. در آزمایش های کشش هاپکینسون دو نوع نمونه بدون شیار و شیاردار مورد استفاده قرار گرفت. نمونه های شیاردار شامل 4 نوع شیار با شعاع های انحنای 5/0r=، 1r=، 4r= و mm8r= بودند. رفتار شکست این فولاد با بررسی های شکست نگاری و رسم منحنی های ضریب سه بعدی بودن تنش ( ) برحسب کرنش شکست ( ) مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج مطالعات بیان گر این نتیجه بود که تنها آزمایش هایی که در دمای C°196- و نرخ های کرنش 5400 و 1/s 10800 انجام گرفتند، موجب وقوع شکست ترد در این آلیاژ شدند. همچنین، در آزمایش های انجام شده در نرخ کرنش های 5400 و 1/s 10800 و دمای C°80-، شکست مخلوط مشاهده گردید. منحنی های تنش-کرنش به دست آمده از آزمایش هاپکینسون کششی نیز بیان گر افزایش استحکام این فولاد در اثر کاهش دما و افزایش نرخ کرنش بود. به طوری که تنش تسلیم این فولاد که در آزمایش شبه استاتیکی در دمای محیط برابر MPa800 به دست آمده بود، در آزمایش دینـامیکی با نرخ کـرنش S-1 10800 و در دمای C°196- تا حدود MPa 2100 افزایش پیدا کرد. نتایج آزمایش های بالستیک روی اهداف با ضخامت 3 میلی متر از این آلیاژ نشان داد که حد بالستیک این فولاد در دمای C°40- تفاوت چندانی با دمای محیط ندارد. حال آن که با کاهش بیشتر دما تا C°80- و C°196- حد بالستیک افزایش پیدا کرد. این روند در آزمایش های بالستیک روی نمونه های کوئنچ شده نیز تکرار گشت. پس از اعتبار سنجی شبیه سازی های بالستیک، تعدادی شبیه سازی برای مطالعه تاثیر هندسه دماغه پرتابه، جرم پرتابه و ضخامت هدف بر حد بالستیک انجام شد. نتایج نشان داد که با کندتر شدن دماغه پرتابه، حدبالستیک افزایش پیدا می کند. همچنین افزایش جرم گلوله و کاهش ضخامت هدف موجب کاهش قابل توجه حد بالستیک می شوند.
توزیع مجدد تنش های پسماند ناشی از ساچمه پاشی بر روی نمونه های با تنش های پسماند اولیه
2014
بهبود خواص سطح اجزای مهندسی هنوز یکی از مهم ترین چالش های مهندسی است. ساچمه پاشی یکی از مهمترین و موثرترین روش های تقویت خواص سطحی است که باعث ایجاد تنش پسماند فشاری در نزدیکی سطح می شود. این تنش پسماند فشاری می تواند باعث به تاخیر انداختن رشد ترک و یا کاهش نرخ رشد آن در قطعات شود. مقدار و عمق این تنش ها مهمترین عامل در بهبود عملکرد قطعات و افزایش عمر خستگی آن هاست. عوامل متعدد تاثیر گذار بر پروفیل تنش پسماند ایجاد شده ناشی از فرایند ساچمه پاشی توسط محققین بررسی شده است. در این بین اثر حضور تنش پسماند اولیه در نمونه ساچمه پاشی شده نادیده گرفته شده است و بررسی کامل و جامعی در این مورد انجام نشده است. هدف این مطالعه بررسی عددی و تجربی نحوه ی تغییرات توزیع تنش های پسماند ایجاد شده ناشی از فرایند ساچمه پاشی در نمونه با حضور تنش پسماند اولیه فشاری و کششی است. علاوه براین، با استفاده از اجزا محدود مطالعه ی پارامتریک روی عواملی مانند میرایی ریلی، اندازه ی مش، ابعاد نمونه، پوشش سطح، سرعت پرتابه ها و ضریب اصطکاک صورت پذیرفته است. یک مدل اجزا محدود جهت شبیه سازی فرایند ساچمه پاشی با برخوردهای تصادفی با قابلیت دستیابی به پوشش 1000% توسعه یافت. همچنین، یک روش پیشنهادی جهت کاهش هزینه ی محاسبات تحلیل این فرایند بدون کاستن از تعداد برخوردها و کیفیت شبیه سازی ارایه شده است. برای ایجاد تنش های پسماند اولیه کششی و فشاری از فرایند خمش 4 نقطه ای استفاده شد. اندازه گیری تجربی تنش پسماند با روش سوراخ کاری مرکزی گام به گام و سختی سطح برای نمونه های خام، خمش، سنگ زنی، ساچمه پاشی، ساچمه پاشی شدید، خمش به علاوه ساچمه پاشی و سنگ زنی به علاوه ساچمه پاشی انجام شده است. همچنین، شعاع فرورفتگی ناشی از برخورد ساچمه ها به صورت عددی و تجربی اندازه گیری شده است. نتایج تجربی و عددی نشان می دهد که تنش پسماند اولیه می تواند پروفیل تنش پسماند ایجاد شده از فرایند ساچمه پاشی را تغییر دهد.