متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : مهندسی مكانیك

گرایش :طراحی كاربردی

عنوان : مدلسازی با بهره گرفتن از نرم افزار تجاری ABAQUS و بررسی تجربی نیروها 

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد خمینی شهر

دانشكده مكانیك

پایان نامه برای دریافت درجه كارشناسی ارشد M.Sc

گرایش مهندسی مكانیك – طراحی كاربردی

مدلسازی با بهره گرفتن از نرم افزار تجاری ABAQUS و بررسی تجربی نیروها در فرآیند فلوفرم سه غلطكه معكوس آلیا‍ژ آلومینیم 7075

استاد راهنما:

دكتر حسن خادمی‌زاده

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست

چكیده 1

مقدمه. 2

فصل اول. 3

كلیات… 3

1-1-مقدمه. 3

1-2- هدف از انجام این پژوهش…. 3

1-3-‌‌ مرور بر مطالعات پیشین.. 4

1-4- مرور بر فصل‌های پایان نامه. 7

فصل دوم. 8

آشنایی با فرآیند شكل دهی چرخشی.. 8

2-1- تاریخچه. 8

2-2- معرفی فرآیند اسپینینگ و فلوفرم. 8

2-3- تئوری فرآیند اسپینینگ…. 9

2-3-1- اسپینینگ…. 9

2-3-2- شرایط تماس… 10

2-4- دسته بندی انواع روش های اسپینینگ…. 12

2-4-1- اسپینینگ دستی.. 13

2-4-2- اسپینینگ ماشینی (قدرتی) 14

2-4-3- اسپینینگ داغ. 15

2-4-4- اسپینینگ مخروطی.. 16

2-4-5- اسپینینگ لوله از سطح داخل.. 17

2-4-6- اسپینینگ نا‌متقارن. 18

2-4-7- خان‌كشی به روش اسپینینگ…. 20

2-5- فلوفرمینگ…. 21

2-5-1- زمینه های كاربرد فرآیند فلوفرمینگ…. 22

2-5-2- دسته‌‌بندی فرآیند فلوفرمینگ…. 24

2-5-3- فلوفرمینگ مستقیم.. 24

2-5-4- فلوفرمینگ معكوس… 24

2-6- تفاوت های اسپینینگ و فلوفرمینگ…. 25

2-7- اجزا اصلی ماشین فلوفرم. 26

2-7-1- بستر. 26

2-7-2- محرك…. 26

2-7-3- مندرل. 26

2-7-4- جك ها 27

2-7-5- غلطك…. 27

2-7-6- پریفرم. 28

2-8- مزایا و معایب فرآیند فلوفرم. 29

2-8-1- مزایا 29

2-8-2- معایب فرآیند فلوفرم. 32

2-9- معرفی پارامتر ها و عوامل موثر بر فرآیند فلوفرم. 33

2-9-1- زاویه حمله غلطك…. 33

2-9-2- شعاع سر غلطك…. 34

2-9-3- نرخ پیشروی.. 34

2-9-4- بار دهی.. 34

2-9-5- ویژگی های ماده 35

2-9-6- دما 36

2-9-7- روانساز. 36

فصل سوم. 37

نیروها در فرآیند فلوفرم. 37

3-1- معرفی مولفه های نیرو و جابجایی(تنش و كرنش) در فرآیند فلوفرم. 37

3-2- معرفی معادلات نیرو در فلوفرمینگ قطعات استوانه ای.. 38

3-2-1- تحلیل به روش كوبایاشی  – تامسون. 39

3-2-2- روش تعیین نیروهای تغییر شكل هایاما 41

فصل چهارم. 42

مطالعه و انتخاب آلیاژ مورد آزمون 42

4-1- مقدمه. 42

4-2- آلیاژهای آلومینیم.. 42

4-3- نام گذاری آلیاژ های كارپذیر. 43

4-4- آلیاژهای گروه 7000 آلومینیم.. 44

4-5- آلیاژ 7075. 45

4-5-1- تركیب شیمیایی آلیاژ 7075. 45

4-5-2- خواص مكانیكی آلیاژ 7075. 47

4-6- آماده سازی نمونه برای انجام آزمون كشش…. 48

4-7- آزمون كشش ساده تك محوری.. 49

فصل پنجم.. 51

روش تحقیق.. 51

5-1- تشریح روش تحقیق.. 51

5-2-  تحلیل عددی  نیروها در فرآیند فلوفرمینگ…. 51

5-3-  روش مدل‌سازی و حل عددی با بهره گرفتن از نرم افزار Abaqus. 52

5-4- ایجاد مدل المان محدود. 53

5-5- نحوه مدلسازی فرآیند. 54

5-5-1- مدول  Sketchوpart 54

5-5-2- مدول property.. 55

5-5-3- مدول Assembly.. 56

5-5-4- مدول Step.. 57

5-5-5- مدول Interaction.. 58

5-5-6- مدول Load.. 59

5-5-7- مدول Mesh.. 60

5-5-8- مدول Job.. 61

5-5-9- مدول visualization.. 62

5-6- روش انجام آزمایش تجربی.. 63

5-6-1- آماده سازی نمونه پریفرم. 63

5-6-2- آماده سازی و نحوه كار با دستگاه 65

5-6-3- روش انجام آزمایش و قرائت داده ها 67

فصل ششم.. 69

نتایج.. 69

6-1- نتایج آزمایش های تجربی.. 69

6-2- نتایج حل عددی.. 70

6-2-1- تحلیل مؤلفه‌های تنش و كرنش : 71

6-3- تفسیر نتایج.. 77

فصل هفتم.. 79

جمع بندی و پیشنهادات… 79

7-1- جمع بندی.. 79

7-2- نتایج كلیدی.. 80

7-3- پیشنهادات… 81

منابع. 82

چكیده

   در این پایان نامه در ابتدا به كلیات و تئوری فرآیند اسپینینگ، معرفی، دسته بندی و كاربرد انواع آن پرداخته می‌شود و سپس به صورت جامع‌تر فرآیند فلوفرم  مورد بررسی قرار می گیرد. در ادامه مؤلفه‌های نیرو، نواحی متاثر از نیرو و معادلات مربوطه معرفی می‌شود. با شناسایی آلیاژ مورد آزمون، به مطالعه خواص و رفتار آن پرداخته و بعد از نمونه‌سازی، برای حصول خواص مكانیكی چند آزمون كشش ساده تك محوره انجام می‌شود. همچنین روش تحقیق در دو بخش تحلیل عددی با بهره گرفتن از نرم افزار تجاری Abaqus و آزمایشات تجربی ارائه شده و با انجام چندین آزمایش تجربی نتایج حاصل با نتایج حل عددی مقایسه می‌شود. پس از حصول اطمینان از همخوانی و نزدیك بودن نتایج، مابقی پارامترها توسط مدل توسعه یافته مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. در پایان بررسی‌ها مشخص گردید طی فرآیند فلوفرم سرعت پیشروی و اندازه شعاع سر غلطك با اندازه نیرو‌های شعاعی و محوری رابطه مستقیم دارد. زاویه حمله با نیروی محوری رابطه مستقیم و با مقدار نیروی شعاعی رابطه عكس داشت. همچنین  میزان درصد كاهش ضخامت نیز با نیروی محوری و شعاعی رابطه مستقیم دارد. به طور كلی همه پارامترهای مؤثر در فرآیند فلوفرمینگ دارای حد بهینه‌ای هستند كه نقش هر یك از آن‌ها در تولید یك محصول دقیق و با كیفیت بسیار حائز اهمیت است.

كلمات كلیدی: اسپینینگ، فلوفرم، آلومینیوم 7075، مدلسازی المان محدود

 

مقدمه

یکی از شاخه‌های پراهمیت در فرآیندهای شكل‌دهی فلزات، شكل‌دهی در ابعاد بزرگ، بدون براده برداری، ارزان و بدون دور ریز مانند فورج، خم كاری، نورد، اكسترود، و … می‌باشد. در كلیه این روش‌ها میزان سطح تماس بین ابزار و قطعه كار زیاد است و برای تأمین نیرو و توان كافی نیاز به صرف انرژی زیادی است كه این میزان انرژی در هر فرآیند، بخصوص در فرآیند‌های شكل‌دهی از اهمیت بسزایی برخوردار است. یكی از روش‌های كاهش نیرو، توان مصرفی و افزایش میزان تغییر شكل، روش موضعی است.

فلوفرم  یكی از روش‌های مهم تغییر شكل موضعی است. از این روش برای تولید قطعات متقارن و دارای محور چرخشی استفاده می‌شود. این روش در صنایع استراتژیک و مهمی نظیر هوا فضا، نفت، گاز، نظامی، هسته‌ای و … کاربرد دارد. استفاده از این تجهیز در چنین صنایع خاصی منجر به دشوار شدن تأمین برون مرزی و بالا رفتن قیمت دستگاه می شود. همچنین پیچیدگی‌های طراحی آن مانع از فراگیر شدن ساخت بومی آن شده است. بنابراین پرداختن به جنبه‌های مجهول طراحی چنین دستگاه‌هایی می‌تواند گام بزرگی در پیشبرد صنایع استراتژیک كشور باشد. جهت ساخت این تجهیز، بررسی و تخمین نیروهای مورد نیاز فرآیند فلوفرم، از گام‌های ابتدایی و اساسی در طراحی آن است. در این تحقیق سعی برآن است که با مطالعه و بررسی ماهیت فرآیند فلوفرم، شناسایی پارامترهایی نظیر زاویه حمله، پیشروی، شعاع سر غلطک و كاهش ضخامت و میزان تاثیر گذاری هر یک از آن‌ها، به درک مناسبی از نیرو‌های وارد بر غلطك ها رسید. از دیر باز محققان بسیاری  سعی در یافتن روابط تحلیلی برای محاسبه نیروهای وارد بر غلطك‌ها و تأثیر پارامترهای گوناگون داشته اند، اما تعداد زیاد پارامترهای دخیل در فرآیند و نقش تركیبی انواع نیرو های كششی، فشاری و پیچشی سبب  شده است كه با وجود استفاده از تعداد زیادی فرضیات ساده كننده باز هم محاسبه نیروها بسیار دشوار و با  آنچه در واقعیت اتفاق می‌افتد فاصله بگیرد. از این رو دانشمندان جهت رسیدن به  نتایج  منطقی، روش‌های بسیاری از جمله  مدلسازی به روش حل عددی را مورد استفاده قرار داده‌اند. لذا از اهداف کاربردی این پژوهش، دستیابی به یک مدل سازی دقیق و منطقی است، تا بتوان با توجه به تغییر ابعاد و تلرانس های از پیش تعیین شده برای غلطك ها، قابلیت کنترل و تأمین نیرو های لازم در فرآیند فلوفرم را فراهم نمود. جهت صحه‌گذاری مدل توسعه یافته، نتایج آزمایشات تجربی و حل عددی مقایسه می گردد. 

فصل اول

كلیات

1-1-مقدمه

    در این فصل در مورد اهداف این پ‍ژوهش، پیشینه تحقیق و روش كار توضیحاتی ارائه می‌شود تا روند مورد نظر جهت انجام پروژه مشخص شود و با توجه به اهداف و نتایج مورد نظر با بهره گرفتن از روش مناسب جهت رسیدن به آن‌ها گام برداشته شود.

1-2- هدف از انجام این پژوهش

            در این تحقیق سعی برآن است که با مطالعه و بررسی ماهیت فرآیند فلوفرم[1]، شناسایی پارامترهایی نظیر زاویه حمله، پیش روی، شعاع سر غلطک، كاهش ضخامت و میزان تاثیر گذاری هر یک از آنها، به درک مناسبی از نیرو های وارد بر غلطك ها رسید. از اهداف کاربردی این پژوهش، دستیابی به یک مدل دقیق و منطقی است، تا بتوان با توجه به تغییر ابعاد و تلرانس های از پیش تعیین شده برای غلطك ها، قابلیت کنترل و تأمین نیروهای لازم در فرآیند فلوفرم را فراهم نمود. به طور کلی فرآیند فلوفرم بیشتر در صنایع استراتژیک و خاص برای تغییر شکل مواد گران قیمت مورد استفاده قرار می‌گیرد و از آنجا که ساخت چنین تجهیزاتی بسیار پر هزینه و زمانبر بوده و همچنین پیچیدگی های طراحی آن مانع از فراگیر شدن ساخت بومی آن شده است، لذا مدل سازی فرآیند، تخمین نیرو های مورد نیاز و طراحی بهینه می تواند در جهت کاهش هزینه و زمان سهم بسزایی داشته باشد که این امر ضرورت انجام این پژوهش را توجیه می نماید.

1-3-‌‌ مرور بر مطالعات پیشین (پیشینه تحقیق)

    بنا بر اسناد و مدارك تاریخی، بسیاری از تاریخدانان منشاء فلوفرم را از كوزه‌گری زمان مصر باستان می‌دانند. اما صنعت فلوفرم فلزات در ابتدای قرن دهم میلادی توسط چینی‌ها پایه‌گذاری شد و بعد از گذشت سالیان طولانی، در زمان ادوارد[2] سوم وارد انگلستان شد و با دو روش مستقیم[3] و معكوس[4] به جهان غرب معرفی گردید و بعد از حدود پانصد سال توسط فردی به نام جردن[5] وارد آمریكا شد][i]و[ii] .[

اولین تحقیقات فلوفرم توسط تاماست(1940) و درج(1954) صورت پذیرفت. تحقیقات دیگری در زمینه نیرو‌های اعمالی در فرآیند فلوفرم توسط كوبایاشی و تامسون (1961)در دانشگاه كالیفرنیا صورت پذیرفت. آن‌ها با اعمال فرضیات ساده كننده سعی بر محاسبه نیرو‌های عملكردی این فرآیند داشتند]2[.

موهان و میسرا (1972) روابط تحلیلی حاکم بر تئوری جریان پلاستیك در حین فرآیند فلوفرم  لوله‌ها را توسعه دادند و توانستند نیروهای وارد به غلطك‌ها، در حین فرآیند فلوفرم و نیز مقدار كرنش معادل را با بهره گرفتن از كار پلاستیك محاسبه كنند]‌ [[iii].

هایاما و كادو (1979) تخمین نیروی كار و اندازه دقیق‌تر قطری را توسط روش انرژی تعمیم دادند.[[iv]]

ناگاراجا (1981) به توصیف كلی روش اسپینینگ[6] و انوا ع آن از قبیل اسپینیگ با مندرل مخروطی، لوله‌ای، فلوفرم مستقیم و معكوس، معرفی مراحل و فاز‌های فرآیند و پارامتر‌های اصلی و مؤثر در فلوفرم پرداخت]1[.

گور و تیروش (1982) فلوفرم را تركیبی همزمان از از اكسترود و نورد قطعه كار بیان نمودند. با این وجود، توصیف این دو نفر در چگونگی و میزان تغییر فرم پلاستیك بر روی ماده در حین فرآیند فلوفرم هنوز به طور كامل مورد مطالعه قرار نگرفته است][v][.

ونگ (1989) روش كرنش صفحه‌ای و روش خط لغزشی[7] را برای محاسبه نیروی وارده  در فلوفرم سه بعدی تعمیم داد[[vi]].

كمین (1997) و زو (2001) به تحلیل المان محدود[8]مكانیزم تغییر شكل رایج در حین انجام فلوفرم اقدام كردند و با انجام آزمایشات عملی پی به نزدیكی و صحت نتایج بردند][vii][.

هانگ و همکارانش (1998) مطالعات خود را بر روی فرآیند گلویی[9] شدن در المان‌های استوانه ای جدار نازك و كوچك فلوفرم شده، مورد بررسی قرار دادند. هدف آ ن‌ها جستجوی ارتباطی میان پارامترهای فرآیند و پیدا كردن یك حالت بهینه برای تولید محصول دقیق  بود كه برای این منظور تعدادی از عوامل بحرانی فرآیند گلویی شدن را توسط روش‌های عملی و با بهره گرفتن از كد‌های تجاری نرم افزار Abaqus حل عددی را انجام دادند ودر نهایت برای بهینه سازی فرآیند به كار بردند][viii][.

لی و لو (2001) فلوفرم قطعات استوانه‌ای شكل را با بهره گرفتن از مكانیزم نورد مورد مطالعه قرار دادند.آنها دستگاهی را با شش غلطك در نظر گرفتند و نیرو های غلطك و نیروی كششی را مورد بررسی قرار دادند. آن‌ها نسبت جریان تغییر شکل و میزان نیروی لازمه را قویاً به انداره غلطك ها نسبت دادند.

تابراگ (1962) فشار مؤثر غلطك‌ها و نیروی كلی لازم برای كشیدن را بررسی كرد و متوجه شد كه فشار بر روی غلطك‌ها یكسان نیست][ix][.

وانگ (2004) با مطالعه بر روی فلوفرم مواد، نیروهای محوری، شعاعی و سایر پارامترهای مؤثر در فلوفرم را مدل سازی و مقایسه نمود. وی مقایسه حل دقیق و حل ضمنی را با بهره گرفتن از فلوفرم سرب مورد بررسی قرار داد][x][.

زیا و همكارانش(2006) اسپینینگ سه بعدی نا متقارن را مورد بررسی قرار دادند. این روش را از روش های جدید تكنولوژی اسینینگ می‌دانند كه محدودیت‌های اسپینینگ های تجاری را برای تولید لوله های تو خالی نا‌متقارن كنار می‌گذارد. آن‌ها بر روی نیرو‌های اسپینینگ در راستای طراحی دستگاه و پروسه انتخاب پارامتر‌ها مطالعه كرده‌اند][xi] [.

روی (2009) بر روی توزیع یكسان كرنش پلاستیك در جهت ضخامت در فرآیند فلوفرم مستقیم لوله، برای تعدادی قطعات از جنس AISI1020 ‌كه تحت شرایط متفاوت با بهره گرفتن از یك دستگاه فلوفرم تك غلطكه تغییر شکل یافته بود،  بررسی انجام داد. او میزان تغییر شكل ماده را با بهره گرفتن از موضع اثر سختی سنج میكرونی[10] مورد مطالعه قرار داد. به بیان تجربی میزان سهم غلطك و مندرل را برای كرنش پلاستیك معادل در قطعات فلوفرم شده بررسی كرد و همچنین عوامل موثر بر روند كاهش ضخامت را مورد بحث قرار داد]7[.

 

تعداد صفحه : 102

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        *       asa.goharii@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.