پایان نامه ارشد بررسی تحلیلی و عددی فرآیند بالج آزاد گرم لوله آلومینیومی

پایان نامه ارشد بررسی تحلیلی و عددی فرآیند بالج آزاد گرم لوله آلومینیومی
مقطع : کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک – طراحی کاربردی
چکیده
امروزه باتوجه به نیاز قطعات با استحکام بالا و وزن پایین، روش ساخت قطعات اهمیت پیدا کرده است. شکل‏دهی گازی گرم ، فرایند نوینی است که به دلیل حذف عملیات جانبی مانند جوشکاری، وزن کلی قطعات کاهش یافته، استحکام افزایش و در نهایت زمان تولید کاهش می‏یابد. به دلیل محدود بودن بازه‏ی فشار داخلی سیال (فشار شکل‏دهی) و سهولت در جریان مواد در فرایند شکل‏دهی گازی، نیاز به حرارت‏دهی لوله شکل‏دهی که در نهایت منجر به بالج موفق شود اهمیت پیدا می‏کند. در این فرایند بجای فشار سیال آب یا روغن درون لوله که در نهایت منجر به شکل‏دهی آن می‏شود، از فشار هوا جهت شکل‌دهی قطعه استفاده می‏شود. در بالج آزاد گرم لوله، حرارت‏دهی در محل بالج لوله در حین فرایند انجام می‏شود.
در این پژوهش برای اولین بار حل تحلیلی و عددی فرایند بالج آزاد گرم لوله، به منظور بررسی تاثیر پارامترهای ورودی مهم فرایند نظیر ضخامت لوله، طول محل بالج لوله، شعاع خارجی لوله، شعاع گوشه‏ی قالب، توان کارسختی و ضریب استحکام بر ارتفاع بالج لوله‏ی تغییر شکل‏یافته به عنوان یکی از کلیدی‏ترین فاکتورهای خروجی انجام شد. همچنین فشار شکل‏دهی که منجر به بالج لوله می‏شود فشار هوا می‏باشد. در این پایان‌نامه به کمک روش‌های تئوری و معادلات حاکم بر شکل‌دهی فلزات به تاثیر پارامترهای ورودی مذکور بر ارتفاع بالج لوله‏ا‏ی از جنس آلیاژ آلومینیوم پرداخته شد. سپس با تحلیل روابط ریاضی و برنامه‏نویسی آن در قالب نرم‌افزار متلب به استخراج نمودارهای حاصله پرداخته شد. پس از آن شبیه‏سازی اجزا محدود فرایند به کمک نرم افزار آباکوس ارائه شد.
نتایج حاصل از حل تئوری و شبیه‏سازی اجزا محدود فرایند نشان می‏دهد که افزایش مقادیر طول محل بالج لوله، شعاع خارجی لوله و توان کارسختی ماده باعث افزایش ارتفاع بالج لوله‏ی تغییر شکل یافته می‏شود. از طرفی افزایش مقادیر ضخامت لوله و شعاع گوشه قالب باعث کاهش ارتفاع بالج لوله‏ی تغییر شکل‏یافته می‏شود. همچنین نتایج حاصل از حل تحلیلی تقارب قابل قبولی با نتایج حاصل از حل عددی داشت.
واژه‌های کلیدی: شکل‌دهی گازی گرم – حل تئوری – شبیه‌سازی اجزا محدود – فشار داخلی سیال – ارتفاع بالج

فهرست
1چکیده 1
فصل اول: مقدمه 2
1-1مقدمه 2
1-2 مروری بر فصول 3
1-3 تاریخچه هیدروفرمینگ و شکل‏دهی گازی 3
1-4 پیشینه کارهای انجام شده از هیدروفرمینگ و شکل‏دهی گازی گرم (اعم از مطالعه‏ی تحلیلی، عددی و تجربی) 4
1-5 اهداف و ویژگی‏های پایان‏نامه 9
فصل دوم: معرفی فرآیند شکل‏دهی گازی گرم و هیدروفرمینگ و پارامترهای موثر در آن 10
2-1 مقدمه 10
2-2 انواع فرآیند‏های تولیدی 11
2-3 فرآیندهای شکل‏دهی فلزات 11
2-4 روش‏های شکل‏دهی لوله‏های فلزی با استفاده از سیال 13
2-5 فرآیند هیدروفرمینگ 13
2-6 تقسیم‏بندی هیدروفرمینگ از نقطه نظر هندسه قطعه 14
2-6-1 هیدروفرمینگ لوله 14
2-6-1-1 تقسیم‏بندی فرآیند هیدروفرمینگ از نقطه نظر چگونگی اعمال فشار 15
2-6-1-1-1 هیدروفرمینگ فشار پایین 15
2-6-1-1-2 هیدروفرمینگ فشار بالا 16
2-6-1-1-3 هیدروفرمینگ فشار مرحله‏ای (تدریجی) 16
2-6-1-1-4 هیدروفرمینگ فشار نوسانی 17
2-6-1-1-5 هیدروفرمینگ دوبل 17
2-6-1-2 مزایا و معایب هیدروفرمینگ لوله 18
2-6-1-2-1 مزایای فرآیند هیدروفرمینگ لوله 18
2-6-1-2-2 معایب فرآیند هیدروفرمینگ لوله 18
2-6-1-3 محدودیت‏های ذاتی فرآیند هیدروفرمینگ لوله 19
2-6-1-4 کاربرد هیدروفرمینگ لوله 20
2-6-1-4-1 کاربرد هیدروفرمینگ لوله در صنعت خودروسازی 20
2-6-1-4-2 کاربرد هیدروفرمینگ لوله در صنایع نظامی 22
2-6-1-4-3 کاربرد هیدروفرمینگ لوله در صنایع هسته‏ای و اتمی 22
2-6-2 فرآیند هیدروفرمینگ پوسته 22
2-6-3 فرآیند هیدروفرمینگ ورق 23
2-7 تاثیر دما در شکل‏دهی فلزات 23
2-7-1 شکل‏دهی گرم 23
2-7-2 شکل‏دهی سرد 24
2-7-3 شکل‏دهی داغ 24
2-8 هیدروفرمینگ در دماهای بالا 24
2-8-1 محاسن هیدروفرمنیگ گرم 25
2-8-2 چالش‏های موجود در هیدروفرمینگ گرم 25
2-9 فرآیند شکل‏دهی گازی 26
2-9-1 برتری فرآیند شکل‏دهی گازی گرم نسبت به هیدروفرمینگ 26
2-10 فرآیند بالج آزاد لوله 27
2-10-1 پارامترهای تاثیر گذار در فرآیند بالج آزاد لوله 28
2-10-1-1 ابعاد لوله و قالب 29
2-10-1-2 جنس لوله 29
2-10-1-3 تاثیر شاخص توان کار سختی 30
2-10-1-4 آماده‏سازی قطعه برای هیدروفرمینگ 30
2-10-1-5 روانکاری و انتخاب روغن مناسب جهت جلوگیری از اصطکاک 31
فصل سوم: طراحی فرآیند مبتنی بر حل تئوریک به کمک نرم افزار متلب 33
3-1 مقدمه 33
3-2 مدل تحلیلی 34
3-3 حل تحلیلی فرآیند بالج آزاد گرم لوله 40
3-3-1 برنامه‏نویسی در نرم افزار متلب 41
3-4 منحنی تنش-کرنش آلیاژ Al6063 41
3-4-1 تعیین ضرایب استحکام و توان کار سختی در دماهای مختلف 43
3-5 فاکتورهای ورودی مورد استفاده در آزمایشات 47
3-5-1 مقادیر پارامترهای ورودی در هر آزمایش 48
فصل چهارم: شبیه‏سازی فرآیند به روش اجزا محدود با استفاده از نرم افزار آباکوس 51
4-1 مقدمه 51
4-2 معرفی روش اجزا محدود 52
4-3 معرفی نرم افزار آباکوس 53
4-3-1 تاریخچه‏ی نرم افزار آباکوس 53
4-3-2 دیدگاه کلی سیستم اجزا محدود در نرم افزار آباکوس 54
4-3-3 مزایای نرم افزار آباکوس نسبت به نرم افزارهای مشابه 54
4-3-4 تحلیل روش‏های حل صریح و ضمنی در نرم افزار آباکوس 55
4-3-5 حل ضمنی معادله استاتیکی 56
4-3-6 حل صریح معادله دینامیکی 57
4-4 شبیه‏سازی فرآیند بالج آزاد گرم لوله در نرم افزار آباکوس 58
4-4-1 ایجاد لوله در محیط Part 59
4-4-2 تعریف خصوصیات مواد در محیط Property 60
4-4-3 مونتاژ اجزا در محیط Assembly 61
4-4-4 تعریف رویه حل در محیط Step 62
4-4-5 تعریف نوع تماس اجزا در محیط Interaction 63
4-4-6 تعریف شرایط مرزی و بار وارده در محیط Load 64
4-4-6-1 شرایط مرزی لوله و قالب 64
4-4-6-2 اعمال بار جهت شکل‏دهی 65
4-4-7 شبکه‏بندی لوله در محیط Mesh 66
4-4-8 محیط حل مسئله (Job) 66
فصل پنجم: نتایج و بحث 67
5-1 نتایج استخراجی از حل تحلیلی به کمک نرم افزار متلب 68
5-1-1 تاثیر طول محل بالج (L) بر ارتفاع بالج لوله با استفاده از حل تحلیلی 68
5-1-2 تاثیر شعاع خارجی لوله (r_0) بر ارتفاع بالج لوله‏ی تغییر شکل یافته با استفاده از حل تحلیلی 69
5-1-3 تاثیر شعاع گوشه قالب (r_e) بر ارتفاع بالج لوله‏ی تغییر شکل یافته با استفاده از حل تحلیلی 70
5-1-4 تاثیر ضخامت لوله (t_o) بر ارتفاع بالج لوله‏ی تغییر شکل یافته با استفاده از حل تحلیلی 70
5-1-5 تاثیر توان کار سختی (n) و ضریب استحکام (k) بر ارتفاع بالج لوله‏ی تغییر شکل یافته با استفاده از حل تحلیلی 71
5-2 نتایج استخراجی از شبیه‏سازی اجزا محدود به کمک نرم افزار آباکوس 72
5-2-1 تاثیر طول محل بالج (L) بر ارتفاع بالج لوله با استفاده از حل عددی 72
5-2-2 تاثیر شعاع خارجی لوله (r_0) بر ارتفاع بالج لوله‏ی تغییر شکل یافته با استفاده از حل عددی 74
5-2-3 تاثیر شعاع گوشه قالب (r_e) بر ارتفاع بالج لوله‏ی تغییر شکل یافته با استفاده از حل عددی 75
5-2-4 تاثیر ضخامت لوله (t_o) بر ارتفاع بالج لوله‏ی تغییر شکل یافته با استفاده از حل عددی 76
5-2-5 تاثیر توان کار سختی (n) و ضریب استحکام (k) بر ارتفاع بالج لوله‏ی تغییر شکل یافته با استفاده از حل عددی 77
5-3 اعتبار سنجی حل تحلیلی با حل عددی فرآیند بالج آزاد گرم لوله 78
فصل ششم: نتیجه‏گیری و پیشنهادات 80
6-1 مقدمه 80
6-2 نتیجه‏گیری و جمع‏بندی 80
6-3 پیشنهادات 81
پیوست الف: مراحل شبیه‏سازی اجزا محدود فرآیند بالج آزاد گرم لوله آلومینیومی 83
پیوست ب: کد نویسی حل تحلیلی فرآیند بالج آزاد گرم لوله آلومینیومی در نرم افزار متلب 88
مراجع 89

–
تعداد صفحه :104

توجه :

عناوین پروژه های موجود در سایت فقط به عنوان معرفی در سایت قرار گرفته اند و هیچ گونه فروش و یا لینک دانلودی ندارند