ردیف های میکرو فیچر (میکروکانال ها،میکرو حفره هاو...) از ضروریات اساسی پیل های سوختی وهمچنین سایر سیستم های سیالاتی نظیر میکرو راکتورها ، میکرو مبدل های حرارتی و... می باشد که نیاز به مقاومت حرارتی ومقاومت به خوردگی بالایی دارند و همچنین هدایت الکتریکی بالایی را می طلبند. انتخاب ماده مناسب و بهبود روش های تولید این صفحات از مهم ترین موضوعات تحقیقی مراکز علمی و پژوهشی در سراسر دنیا می باشد.در سال های اخیر مواد و فرآیندهای مورد استفاده جهت تولید صفحات دو قطبی پیل های سوختی به موارد زیر همگرا شده اند: 1- صفحات گرافیتی ماشینکاری شده 2- صفحات فلزی اچ شده ویا استمپ شده 3- صفحات کامپوزیتی پلیمر-کربن قالب گیری شده 4- صفحات کامپوزیتی کربن-کربن قالب گیری شده با پیشرفت تکنولوژی پوشش دهی سطوح و بهبود مواد پوشش دهنده سطوح فلزی، صفحات دوقطبی فلزی بر صفحات کامپوزیتی برتری خواهند یافت ، زیرا به خاطر خواص مکانیکی و الکتریکی خوبی که دارند باعث افزایش چگالی جریان و بازدهی انرژی پیل سوختی می شوند. در میان صفحات دو قطبی فلزی صفحات فولاد زنگ نزن به خاطر هزینه پایین، خواص مکانیکی و الکتریکی وحرارتی عالی وشکل پذیری خوب بیشتر مورد توجه می باشد. اچ کردن ورق های فلزی و استمپ کردن ورق های فلزی روش های موجود شکل دهی صفحات دو قطبی فلزی می باشند. فرآیند هیدروفرمینگ به خاطر خصوصیات خوبی که دارد می تواند به عنوان یک فرآیند نویدبخش در راستای پایین آوردن هزینه های پیل سوختی و بهبود عملکرد آن مورد توجه قرار گیرد. در این پایان نامه یک قالب جدید هیدروفرمینگ با فک های متحرک جهت شکل دهی مناسب میکروکانال های صفحات دوقطبی فلزی از جنس فولاد زنگ نزن ارئه شده و عملکرد آن مورد بررسی قرار گرفته است.

از آنجایی که درمراحل تولید ورق‎های فلزی از فرآیند نورد گرم استفاده می‎شود، لذا در طی مراحل تولید ورق‎های آلومینیوم آلیاژی عملیات حرارتی‎پذیر، انحلال اتفاق می‎افتد. بنابراین با گذشت زمان شکل‏پذیری این ورق‎ها بر اثر وقوع پیر‎سازی طبیعی دستخوش تغییر می‎شود. همچنین ممکن است نیاز به شکل‎دهی ورق‎هایی باشد که با مکانیزم پیرسازی مصنوعی تا حد معینی سخت شده‎اند. به همین دلیل بررسی اثر عملیات حرارتی پیر‎سختی بر شکل‏پذیری این گونه ورق‎ها امری ضروری به نظر می‎رسد. روش مرسوم برای بررسی میزان شکل‏پذیری ورق‎ها، استفاده از نمودارهای حد ‎شکل‎دهی است. در این پژوهش اثر عملیات حرارتی پیر‎سختی در چهار حالت پیش پیری، قبل از ماکزیمم سختی، در ماکزیمم سختی و بعد از ماکزیمم سختی بر منحنی حدشکل‎دهی آلیاژ آلومینیوم 6063 مورد بررسی قرار گرفته و با منحنی حد‎شکل‎دهی این آلیاژ در حالت آنیل مقایسه شده است. علاوه بر نمودار حدشکل‎دهی، نمودار حد تنش شکل‎دهی برای پنج حالت فوق به دست آمده است. همچنین یک مدل تحلیلی برای بیان ارتباط بین دما و زمان پیرسازی و شکل‎پذیری این ماده ارائه شده است. خواص مکانیکی این ورق نیز با استفاده از آزمون کشش در پنج حالت فوق‎الذکر تعیین گردیده است. با انجام آزمایشات، ماکزیمم سختی بعد از 12 ساعت پیر کردن برای این آلیاژ به دست می‎آید. نتایج حاصل نشان می‎دهد که شکل‏پذیری این ورق‎ها از حالت قبل از ماکزیمم سختی تا حالت ماکزیمم سختی کاهش چشمگیر، و سپس تا حالت بعد از ماکزیمم سختی افزایش نامحسوسی دارد. تغییرات درصد افزایش طول از حالت ماکزیمم سختی تا حالت بعد از ماکزیمم سختی ناچیز بوده و بین استحکام تسلیم و سختی، استحکام نهایی و سختی و همچنین fld0 و سختی روابطی خطی وجود دارد. به علاوه مدل ساخته شده به خوبی شکل‎پذیری این ماده را در حالت‎های پیرسخت شده پیش بینی می‎کند.

لوله های کنگره ای فلزی قطعاتی هستند که در سیستمهای تاسیساتی برای جلوگیری از انبساط نامنظم لوله ها در اثر دما، جذب ارتعاشات محیط و حرکتهای مکانیکی، کنترل دمای سیستمهای تبرید یا تهویه کننده ها بکار می روند. علاوه بر کاربرد آنها در صنایع تاسیسات، کاربردهای دیگری نیز در صنایع نظامی، صنایع شیمیایی، صنایع خودروسازی و دیگر صنایع دارند. تولید لوله های کنگره ای به روش هیدروفرمینگ، در دو دهه اخیر افزایش بسیار زیادی یافته است. مراحل بشکه ای شدن و جمع شدن صفحات قالب از مهم ترین مراحل تولید این قطعات می باشند زیرا کیفیت قطعه نهایی تولید شده، وابسته به تولید صحیح قطعه در هر یک از این مراحل می باشد. با این وجود، به دلیل پیچیدگی اثر پارامترهای موثر در فرآیند نظیر فشار، تغذیه محوری، نیروی اصطکاک و هندسه قطعه، تولید قطعات با این روش همواره با مشکلاتی همراه بوده است. هدف از انجام این پژوهش، بررسی تجربی و تحلیلی فرآیند هیدروفرمینگ لوله های کنگره ای در دو مرحله انبساط آزاد و جمع شدن صفحات قالب به منظور بررسی تاثیر فشار داخلی سیال در شکل دهی این لوله ها می باشد. در این پایان نامه مدل تحلیلی برای پیش بینی تحلیلی فشار شکل دهی در مرحله انبساط آزاد و همچنین پیش بینی تحلیلی نیروی بسته شدن قالب در مرحله جمع شدن صفحات قالب ارائه گردیده است. نتایج حاصل از مدل تحلیلی با آزمایشات تجربی مقایسه گردیده و مطلوبیت تحلیل انجام شده نشان داده شده است. در ادامه اثر پارامترهایی مانند توان کار سختی، شعاع اولیه، طول آزاد و ضخامت اولیه لوله در مرحله انبساط آزاد بر روی فشار مورد نیاز برای شکل دهی به صورت تحلیلی مورد بررسی قرار گرفته و همچنین به بررسی پایداری در تولید این لوله ها پرداخته شده است. بررسی پارامترهای موثر بر نیروی بسته شدن قالب از قبیل فشار بسته شدن، ضخامت و شعاع لوله نیز به صورت تحلیلی انجام گردیده است. نشان داده شده است که توان کار سختی، طول آزاد، ضخامت و شعاع لوله اولیه از پارامترهای بسیار موثر بر فشار شکل دهی می باشند و همچنین در میان پارامترهای دیگر، فاصله بین صفحات قالب که تعیین کننده طول آزاد لوله می باشد به همراه شعاع لوله اولیه بر محل شروع ناپایداری در تولید تاثیر مستقیم دارند.

فرآیند نوزینگ لوله یکی از روشهای شکل دهی لوله است که در آن انتهای لوله با فشار، داخل یک قالب همگرا شده و باعث دماغه دار شدن و کاهش قطر انتهای آن می گردد. فرم قالب عموماً به دو صورت مخروطی یا کروی است که فرم مخروطی دارای کاربرد وسیعی در صنایع نظامی است. کاربرد دیگر آن اتصال دو لوله غیر هم قطر است که رابط مخروطی شکل به این روش تولید می شود. این فرآیند به روش پرس کاری معمولی انجام می شود. در این پژوهش امکان استفاده از روش هیدروفرمینگ در فرآیند نوزینگ لوله هم بطور تجربی و هم شبیه سازی اجزای محدود مورد بررسی قرار گرفته است. جهت شبیه سازی فرآیند از نرم افزار تجاری اجزای محدود 6.6abaqus استفاده شده است. به منظور تأیید نتایج بدست آمده از شبیه سازی فرآیند، آزمایشات تجربی انجام گردیده است. بدین منظور یک مجموعه قالب مخروطی نوزینگ لوله طراحی و ساخته شده و مورد آزمایش قرار گرفته است. نتایج بدست آمده از آزمایشات نشان داد که با استفاده از روش هیدروفرمینگ در فرآیند نوزینگ لوله می توان درصد نوزینگ سالم را در یک مرحله نسبت به روش پرس کاری معمولی افزایش داد، بدون اینکه عیوب چروک و لهیدگی در قطعه ایجاد شود. نتایج پیش بینی شده از شبیه سازی با نتایج تجربی مقایسه گردید و تطابق آنها با یکدیگر تأیید شد.

در این تحقیق با استفاده از یک روش جدید اثر پیش کرنش دو محوره یکسان و تک-محوره بر نمودار حد شکل‎دهی در جهات نورد و عمود بر آن مورد بررسی قرار گرفته و نتایج آن با نتایج مقالات مشابه مقایسه می ‎شود . بر این اساس نمودار حد شکل دهی آلیاژ آلومینیم 5083 به صورت تجربی و با استفاده از تست کشش خارج از صفحه هکر برآورد می‎شود. همچنین به خاطر اهمیت نمودارهای حد تنش شکل دهی، با استفاده از روابط پلاستیسیته، تنشهای حدی حاصل از کرنشهای حدی تجربی و به دنبال آن منحنی حد تنش شکل دهی آلیاژ آلومینیم 5083 تعیین می‎شود. در این پژوهش به منظور پیش بینی نمودار حد کرنش (fld) و حد تنش شکل دهی (flsd) از شبیه سازی به کمک نرم افزار abaqus 6.9.0.1 استفاده شده است. برای این منظور کد نویسی در matlab r2008a انجام شده و با استفاده از روابط تنش سیلان-hill48 hill79 و معیارهای شکست نرم پیش بینی صورت گرفته است. با شبیه سازی پیش کرنش در ورق، تاثیر این پارامتر بر نمودار حد شکل‎دهی مورد بررسی قرار گرفته و نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج تجربی مقایسه شده است. نتایج حاصل نشان می‎دهند که در فرآیندهای شکل دهی با پیش کرنش دو محوره یکسان، منحنی به سمت راست جا به جا شده و تراز منحنی درمسیرهای بارگذاری دومحوره و کرنش صفحه ای کاهش می یابد و تراز منحنی در مسیرهای بارگذاری مربوط به کشش تک محوره افزایش می یابد. در فرآیندهای شکل دهی با پیش کرنش تک محوره ، پیش کرنش موجب جا به جایی منحنی به سمت چپ شده و تراز منحنی درمسیرهای بارگذاری دومحوره و کرنش صفحه ای افزایش می یابد و این در حالیست که تراز منحنی در مسیرهای بارگذاری مربوط به کشش تک محوره تفاوت ناچیزی خواهد داشت.

امروزه کاربرد وسیع ورق های فلزی در صنایع مختلف سبب شده است تا فرآیندهای شکل دهی ورق بهینه سازی شوند. یکی از مهم ترین فرآیندهای شکل دهی ورق، کششعمیق می باشد که به طور وسیعی در تغییر شکل ورق های فلزی مورد استفاده قرار می گیرد. در طی دو دهه اخیر فرآیند کشش عمیق هیدروفرمینگ به دلیل مزایایی که نسبت به فرآیند کشش عمیق سنتی دارد، مورد توجه محققان و صنعتگران قرارگرفته است. فرآیند کشش عمیق هیدروفرمینگ، فرآیندی است که در آن از سیال برای بهینه سازی فرآیند کشش عمیق سنتی استفاده می شود. از مزایای این فرآیند نسبت به کشش عمیق سنتی، می توان به شکل دهی قطعات پیچیده تر، افزایش نسبت کشش و کاهش تغییرات ضخامت قطعه اشاره کرد. در این پایان نامه یک قالب جدید هیدروفرمینگ ورق برای شکل دهی قطعات فلنج دار ارایه شده است که در آن از یک صفحه پلی یورتان برای تنظیم نیروی ورقگیر استفاده شده است. همچنین اثر پارامترهای مختلف در قالب جدید مانند جنس و ضخامت صفحه پلی یورتان، مسیر فشار شکل دهی و اثر پلی یورتان بر فشار شکل دهی و نسبت کشش مورد بررسی قرار گرفته است. این بررسی ها به صورت آزمایشگاهی و شبیه سازی جهت تولید یک قطعه استوانه ای از ورق st-14 و به ضخامت mm 1 انجام شده است. همچنین شکل دهی یک قطعه استوانه ای در قالب جدید بصورت تحلیلی نیز مورد بررسی قرار گرفته که در آن بیشترین فشار قابل اعمال برای تولید یک قطعه سالم و بدون پارگی (فشار پارگی) به دست آورده شد و نتایج آن با نتایج شبیه سازی و تجربی مقایسه گردید. در این پژوهش از دو صفحه پلی یورتان با سختی های shore-a (sa) 80 و shore-a 65 و با ضخامت های 10، 20 و 30 میلیمتر استفاده شده است. با توجه به نتایج آزمایشگاهی و شبیه سازی مشخص شد که برای تولید قطعات سالم و بدون عیب با استفاده از پلی یورتان sa 65، به فشار بالاتری (تقریبا" 20%) نسبت به پلی یورتان sa 80 نیاز می باشد و توزیع ضخامت قطعات تولید شده با پلی یورتان sa 65 نسبت به قطعات تولید شده با پلی یورتان sa 80 مطلوب تر می باشد (تقریبا" 4%). همچنین مشاهده گردید که با استفاده از پلی یورتان sa80 می توان حداکثر به نسبت کشش 25/2 دست یافت، در حالی که با استفاده از پلی یورتان sa 65 قطعاتی با نسبت کشش 31/2 نیز تولید شدند. در ادامه بررسی ها پنجره شکل دهی برای یک نسبت کشش خاص و با استفاده از دو پلی یورتان با سختی متفاوت به دست آورده شدند و ناحیه مناسب شکل دهی برای هر دو پلی یورتان مشخص گردید. همچنین این نتیجه گیری حاصل شد که با افزایش ضخامت پلی یورتان، فشار لازم برای حذف چروک و همچنین فشار پارگی افزایش می یابد. برای بررسی بهتر عملکرد قالب ارایه شده، شکل دهی یک قطعه استوانه ای با استفاده از قالب جدید و قالب کشش عمیق هیدرومکانیکی انجام شد و در آنها فشار شکل دهی، توزیع ضخامت و نیروی شکل دهی در این دو روش مقایسه گردید. در پایان شکل دهی یک قطعه صنعتی پیچیده با دو روش هیدرومکانیکی و قالب جدید با یکدیگر مقایسه شد. همچنین با استفاده از روش آنالیز حساسیت شکل اولیه ورق برای این قطعه صنعتی به دست آورده شد.

فرآیندهای شکل دهی نیمه جامد شامل ریخته گری آلیاژ فلزی در حالت نیمه جامد برای تولید قطعه یا تولید شمش مناسب برای آهنگری می باشد. با توجه به مزایای فرآیندهای شکل دهی در حالت نیمه جامد، محققان همواره به دنبال بهینه سازی این فرآیندها بوده اند. شمش های مورد استفاده در فرآیندهای شکل دهی نیمه جامد باید دارای ذرات ریز و کروی فاز اولیه جامد باشند. یکی از روش های تولید این گونه شمش ها روش سطح شیب دار خنک شونده است که روشی نسبتاً ساده، ارزان و با سرعت بالا می باشد. به علت تعدد پارامترهای تاثیرگذار بر ریزساختار در فرآیند شکل دهی نیمه جامد به روش سطح شیب دار از جمله دمای بارریزی، زاویه و طول سطح و نیز اثر متقابل آنها بر روی هم تحلیل این فرآیند مشکل است. از این رو شبیه سازی فرآیند ضروری به نظر می رسد. در این پژوهش فرآیند سطح شیب دار با نرم افزار flow-3d شبیه سازی می شود و با بررسی تاثیر پارامترهای دمای بارریزی، زاویه و طول سطح بر زمان حضور دوغاب روی سطح (tr)، کسر جامد دوغاب خروجی، نرخ برش و انرژی تلاطم نحوه تاثیر پارامترهای مذکور بر ریزساختار تحلیل می شود. مقایسه نتایج حاصل از آزمایشات تجربی با نتایج شبیه سازی نشان می دهد که برای داشتن ریزساختار مناسب، نرخ برش و انرژی تلاطم باید تا حد امکان بالا باشد، در حالی که کسرجامد دوغاب خروجی بین 30 تا 35 درصد می باشد. شبیه سازی نشان می دهد با پله دار کردن سطح شیب دار می توان به ریزساختار با ذرات فاز اولیه ? با قطر متوسط کوچکتر و کرویت بیشتر دست یافت. با انجام شبیه سازی سطح شیب دار پله دار با مقادیر مختلف پارامترهای دمای بارریزی، زاویه و طول سطح مشخص شد که بهترین ریزساختار در زاویه سطح 60 درجه و با دمای بارریزی c °650 یا c °680 و با طول سطح mm500 یا mm600 به دست می آید. بررسی نتایج حاصل از آزمایشات تجربی در این چهار حالت نشان می دهد بهترین ریزساختار با دمای بارریزی c °680 و با طول سطح mm500 به دست می آید. در این حالت اندازه دانه mµ 71 و فاکتور شکل 79/0 می باشد که بهتر از حالت بهینه سطح شیب دار بدون پله است.

صفحات دوقطبی یکی از مهمترین اجزای یک پیل سوختی به حساب می آیند. این صفحات از جنس های مختلف نظیر صفحات گرافیتی، کامپوزیتی و فلزی (بخصوص فولاد زنگ نزن) و با فرآیندهای متفاوت نظیر ماشینکاری، قالبگیری و شکل دهی ساخته می شوند. در سال های اخیر استقبال زیادی از صفحات فلزی دوقطبی شکل دهی شده به عمل آمده است. در بحث طراحی الگو های مسیر جریان بر روی این صفحات، از الگوهای متفاوتی نظیر مارپیچ، موازی و پینی استفاده می شود. از بین این الگوها، شکل دهی صفحات دوقطبی با مسیر جریان پینی یکی از پیچیده ترین حالت ها می باشد. تاکنون گزارشی مبنی بر شکل دهی صفحات دوقطبی فلزی با الگوی پینی مشاهده نشده است. به دلیل اهمیت بالای این نوع مسیر جریان و راندمان بالای آن در شرایط دما بالا و پیچیدگی شکل دهی آن، شکل دهی صفحات فلزی دوقطبی با مسیر جریان پینی از اهمیت بالایی برخوردار است. در این پژوهش شکل دهی صفحات دوقطبی فلزی از جنس فولاد زنگ نزن 304 با ضخامت 11/0 میلیمتر و با الگوی پینی به کمک فرآیند هیدروفرمینگ بطور شبیه سازی و تجربی بررسی شد. در ابتدا با مقایسه دو حالت شکل دهی با قالب محدب و مقعر امکان شکل دهی الگوی پینی مورد بررسی قرار گرفت. در این مورد چهار پارامتر درصد پرشدگی، درصد نازک شدگی، زبری سطح آندی- کاتدی و دقت ابعادی نواحی آندی– کاتدی و کانال مسیر جریان بررسی شد. سپس با انتخاب حالت شکل دهی مناسب (از بین دو حالت محدب و مقعر)، پارامتر های مختلف نظیر نسبت عمق به عرض، هندسه پین، زاویه دیواره، ابعاد پخ و سطح فشار تغییر داده شد و اثر آنها بر روی درصد نازک شدگی و درصد پر شدگی بررسی شد. بدین منظور ابتدا چند تست تجربی به عمل آمد و در ادامه با انجام شبیه سازی و تایید نتایج آن، به منظور بررسی گسترده تر، از شبیه سازی استفاده شد. در نهایت، پس از بررسی پارامترهای مختلف مربوط به هندسه های مختلف پین، بهترین پارامترها به منظور شکل دهی صفحات دوقطبی فلزی با الگوی پینی شکل با هندسه های دایروی و بیضوی با نسبت قطر کوچک به قطر بزرگ 7/0 و 4/0 ارایه شد. در طی این پایان نامه، صفحات دوقطبی فلزی سالمی با الگوی پینی شکل در هندسه های مختلف (هندسه های دایروی و بیضوی با نسبت قطر کوچک به قطر بزرگ 7/0 و 4/0) به کمک روش هیدروفرمینگ برای نخستین بار شکل دهی شدند. علاوه بر قابلیت شکل دهی چنین صفحاتی، نمونه هایی با نسبت عمق به عرض زیاد (67/0) (که از نسبت عمق به عرض نمونه های شیاری شکل داده شده در دیگر پژوهش ها بیشتر می باشد) بطور کامل و بدون وجود آثاری از پارگی شکل داده شد.

در این پایان نامه ساخت صفحات دو قطبی فلزی با الگوی پینی به روش تجربی و شبیه سازی اجزا محدود با استفاده از فرآیند شکل دهی با دمش گاز مورد بررسی قرار گرفته است. جنس صفحات مورد بررسی آلیاژ آلومینیوم 8111 به ضخامت 0.2 میلی متر انتخاب شد. ابتدا با استفاده از تست بالج آزاد و روابط تحلیلی خواص ماده مورد نظر در دمای °c 500 به دست آمده است. پارامترهای مورد بررسی شامل ارتفاع، قطر و شعاع لبه بیرونی پین، فشار و زمان شکل دهی می باشد. همچنین فاصله بین پین ها ثابت در نظر گرفته شد. تعدادی از پارامترهای فرآیند در آزمایشات تجربی مورد بررسی قرار گرفته و با نتایج حاصل از شبیه سازی به کمک نرم افزار اجزاء محدود abaqus 6.9 مقایسه شده است. در طی انجام آزمایشات، از مسیر فشار ثابت و یکنواخت استفاده شده است. سپس سایر پارامترها با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان می دهد که با اعمال فشار 40 بار در قالب های با نسبت عمق به قطر (33/0h/s=) ، میتوان به پرشدگی بیش از 90% دست یافت. اما با افزایش فشار تا 50 بار، نازک شدگی بیش از 50% اتفاق می افتد. با افزایش زمان اعمال فشار، میزان پرشدگی ورق در درون قالب افزایش می یابد. البته این پرشدگی در لحظات اولیه شروع فرآیند بیشترین مقدار خود را داراست که به دلیل عدم ظهور رفتار خزشی است. با گذشت 1000 ثانیه از شروع فرآیند در اکثر حالات، میزان پرشدگی تغییر چندانی نمی کند. در حالتی که نسبت عمق به عرض کانال (5/0=h/w) می باشد، ورق در حین شکل دهی به دلیل عدم برخورد به کف یا دیواره های قالب، فضای قابل توجهی از قالب را پر کرده و پروفیل پرشدگی قالب افزایش می یابد. با افزایش قطر پین، اصطکاک بین ورق و قالب افزایش می یابد. درنتیجه از جریان یافتن ورق به داخل قالب جلوگیری شده و پروفیل پرشدگی کاهش می یابد. همچنین اگر نسبت عرض کانال به قطر پین (w/s) بیش از 66/0 باشد شاهد نازک شدگی بیش از 50 % خواهیم بود. با افزایش ارتفاع پین از 8/0 به 1 میلی متر، چون نسبت کشش افزایش می یابد بنابراین در قالب با ارتفاع بزرگ تر، نازک شدگی بیشتری در ورق مشاهده می شود. در حالتی که نسبت شعاع به ضخامت اولیه ورق (1r/t0=) باشد، میزان نازک شدگی در اکثر حالات قابل قبول بوده اما در حالتی که این نسبت 5/0 باشد، نازک شدگی بیشتر از 50 % رخ داده و احتمال پاره شدن ورق وجود دارد. با بررسی شرایط مختلف، حالتی مطلوب از لحاظ شکل دهی بدست آمد. معیار انتخاب این حالت مطلوب، بیشترین مقدار پر شدگی و کمترین مقدار نازک شدگی ورق در حین شکل دهی بوده است.

در این پژوهش، شبیه سازی حفره دار شدن در تغییر شکل سوپرپلاستیک آلیاژ آلومینیوم 5083 به روش المان محدود مورد مطالعه قرار گرفته است. برای انجام این پژوهش از نرم افزار المان محدود abaqus و زیر روال های خزشی و usdfld و کدنویسی به زبان برنامه نویسی فورترن بهره گرفته شده است. از معادلات اساسی بر مبنای چارچوب مکانیک پیوسته با استفاده از مدل ویسکوپلاستیک وابسته به حفره دار شدن استفاده شده است. شبیه سازی ها در دماها و نرخ کرنش های متفاوت انجام و خروجی های مختلف استخراج گردید. از نتایج مهم این پژوهش، شناسایی و پیاده سازی مدلی قابل قبول در پیش بینی رفتار تغییر شکل سوپرپلاستیک آلومینیوم 5083، بررسی اثرگذاری پارامترهای تغییر شکل در کشش نهایی، تاثیرگذاری متفاوت جوانه زنی و رشد حفره ها بر روند کسر حجمی کلی حفره ها با مدل های مورد انتظار، کاهش میزان افزایش طول تا شکست با افزایش اندازه اولیه دانه و تاثیرگذاری مجزای رشد استاتیکی و دینامیکی دانه در حین تغییر شکل می باشد. همچنین از معیار های شکست مدل gtn و استوول برای پیش بینی شکست در تغییر شکل استفاده شده است. نتایج نشان داد برای پیش بینی شکست معیار gtn از معیار استوول دقیق تر است.

در این تحقیق تأثیر زیرکونیوم بر ریزساختار آلیاژ al-zn-mg-cu(آلیاژ سری ×××7) تهیه شده به روش آلیاژسازی مکانیکی مورد بررسی قرار گرفت. هدف از این پژوهش کنترل اندازه دانه و تأثیر آن بر روی خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیم است. بدین منظور پودرهای خالص عناصر مورد نظر در زمان های 10، ??، ?? و ?? ساعت آسیاب شدند. جهت بررسی تأثیر زیرکونیوم، نمونه های دیگر از این آلیاژ با افزودن 1% و 2% وزنی زیرکونیوم تولید شد. مشخصه های ریزساختاری و مورفولوژیکی نمونه ها توسط آزمون های xrd و sem تعیین شدند و اندازه دانه بر اساس الگوی تفرق x محاسبه شد. سپس جهت تهیه نمونه برای بررسی خواص مکانیکی، پودرهای آسیاب شده پرس سرد و سپس تحت آزمون میکرو سختی قرارگرفته اند. نتایج نشان داد که با افزایش زمان آلیاژسازی، اندازه دانه نمونه های بدون زیرکونیوم و دارای زیرکونیوم کاهش یافته و به حد نانو رسیده و به واسطه آن میزان سختی افزایش یافته است. سپس جهت تهیه نمونه آزمون فشار، پودرهای 60 ساعت آسیاب شده، در دمای c?380 و فشار mpa600 به مدت 30 دقیقه پرس گرم شده و تحت آزمون فشار قرارگرفتند. نتایج نشان می دهد که زیرکونیوم باعث تثبیت اندازه دانه شده و خواص مکانیکی را بهبود می بخشد. با استفاده از الگوی پراش اشعه ایکس نشان داده شده است که زیرکونیوم به دلیل تشکیل ترکیب پایدار al3zr مانع رشد دانه ها در مرحله تف جوشی و تبلور مجدد می شود. همچنین بر اساس نتایج به دست آمده از الگوهای پراش اشعه ایکس نمونه های پرس گرم شده، فاز بین فلزی mgzn2 بیش ترین تأثیر را بر روی افزایش سختی دارد و زیرکونیوم به عنوان تثبیت کننده اندازه دانه ایفای نقش می کند.

در این پژوهش اثر افزودن کاتالیست و آسیاب کاری بر خواص واجذب هیدروژن هیدرید منیزیم مورد بررسی قرار گرفته است. نانو کامپوزیت های mgh2-7%v-3%al و mgh2-5%v-5%alبه روش آسیاب کاری مکانیکی ساخته شدند. اثر زمان آسیاب کاری (5، 20 و 40 ساعت) بر ساختار و خواص هیدروژنی هیدرید منیزیم توسط آنالیزهای حرارتی افتراقی (sta)، تفرق پرتو ایکس (xrd) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج آنالیز حرارتی افتراقی نشان داد که با افزایش زمان آسیاب کاری تا 20 ساعت، مقدار واجذب هیدروژن در هر دو نمونه افزایش و پس از آن کاهش می یابد. همچنین دمای واجذب با افزایش مقدار آلومینیوم از 3 درصد به 5 درصد وزنی (کاهش مقدار وانادیوم از 7 به 5 درصد وزنی) بهبود، درحالی که سینتیک واجذب کاهش می یابد. داده های حاصله بیانگر بهبود دمای واجذب در حدود 100 درجه سانتی گراد است. همچنین نتایج نشان می دهند که سینتیک واجذب بطور چشم گیری بهبود یافته است و شروع دمای واجذب در برخی از نمونه ها به دماهایی در نزدیکی 100 درجه سانتی گراد رسیده است. بر طبق نتایج آنالیز xrd با افزایش زمان آسیاب کاری، اندازه دانه تا محدوده نانومتر کاهش یافته و ترکیبات هیدریدی جدیدی تولید شده اند. همچنین نتایج sem بیانگر کاهش اندازه ذره تا حدی کمتر از 2 میکرومتر پس از آسیاب کاری می باشد. بطور کلی عواملی مانند آسیاب کاری با کاهش اندازه ذره، وانادیوم با تشکیل وانادیوم هیدرید و ایجاد فصل مشترک مابین وانادیوم هیدرید و هیدرید منیزیم و آلومینیوم بواسطه انحلال در وانادیوم در بهبود خواص هیدروژنی هیدرید منیزیم تأثیر گذار هستند. از طرفی دیگر تشکیل فاز اکسید منیزیم پس از 40 ساعت آسیاب کاری به دلیل کاهش مقدار نفوذ، موجب افزایش دمای واجذب و کاهش سینتیک واجذب می گردد.

مزایای استفاده از فرآیندهای نیمه جامد کاهش میزان تخلخل های گازی و انقباضی و اصلاح ریزساختار است که بهبود خواص مکانیکی قطعه را بدنبال دارد. در این تحقیق از روش سطح شیب دار خنک شونده به منظور تولید شمشال های اولیه استفاده شده است. هدف اصلی این مرحله تولید شمشالی با ریزساختار مطلوب از نظر کوچکترین اندازه دانه و بالاترین فاکتور شکل بوده که این امر از طریق ایجاد شرایط بارریزی کنترل شده و یکنواخت با قابلیت کنترل اتمسفر محقق گردید. در مرحله بعد با استفاده از شمشال به دست آمده و از طریق فرآیند آهنگری با شمش نیمه جامد، تولید قطعه درپوش گیربکس حلزونی مدل 62 بدلیل داشتن دیواره های صاف و نازک صورت پذیرفت. هدف بخش دوم تولید قطعه ای صنعتی نزدیک به شکل نهایی با استحکام مناسب بود. در این تحقیق تاثیر پارامترهای فرآیند سطح شیب دار شامل دما، طول و زاویه سطح شیب دار، دما و نرخ بارریزی به صورت جامع مورد بررسی قرار گرفت. برای اینکه بتوان اثر پارامترهای متقابل را مورد بررسی و تحلیل قرار داد از روش طراحی فاکتوریل استفاده شد. همچنین بررسی ارتباط بین پارامترهای فرآیند و عوامل موثر بر غیردندریتی شدن ریزساختار که شامل نرخ برش، مدت زمان اعمال آن و کسر جامد دوغاب می باشند، با استفاده از شبیه سازی اجزای محدود و از طریق نرم افزار flow-3d بررسی گردید. در ضمن بدلیل اینکه آلومینیم فلزی است که بخصوص در حالت مذاب قابلیت واکنش شیمیایی و حلالیت فیزیکی با اجزای هوای محیط بخصوص اکسیژن و هیدروژن را دارد که منجر به ایجاد ترکیبات اکسیدی و تخلخل در شمشال می شود تاثیر کنترل اتمسفر توسط گاز آرگون مورد بررسی قرار گرفت. در مرحله دوم نیز بعد از تولید قطعه سالم، تاثیر عوامل موثر نظیر دمای قطعه و قالب، مدت زمان نگهداری قطعه در دمای نیمه جامد، فشار اعمالی به قطعه و سرعت رام پرس بررسی گردید. برای داشتن تحلیل دقیق تر و برقراری روابط حاکم در تاثیر عوامل موثر با استفاده از نرم افزار deform-3d، شبیه سازی هایی با شرایط حاکم انجام پذیرفت و با نتایج حاصل از آزمون های آزمایشگاهی مقایسه گردید. نتایج نشان داد که مطلوب ترین نتیجه از نظر بالاترین درصد کرویت بیشترین مقدار سختی و کوچکترین اندازه دانه در نرخ بارریزی ml/s8، طول سطح mm400، زاویه سطح ?40 و دمای بارریزی c?625 بدست می آید. در این شرایط درصد کرویت و اندازه دانه ها به ترتیب حدود 77% و µm76 و مقدار سختی حدود hb80 می شود. همچنین اثر متقابل پارامترها، تاثیر بیشتری را بر مقادیر خروجی نسبت به تاثیر هر پارامتر به صورت مجزا داشته که در این میان اثر متقابل پارامتر طول سطح شیب دار و نرخ بارریزی به میزان حدود 40% و اثر متقابل پارامترهای دمای بارریزی، طول سطح شیب دار و نرخ بارریزی به میزان حدود 17% دارای بیشترین تاثیر می باشند. در ضمن با بکارگیری اتمسفر محافظ بدلیل کاهش میزان ناخالصی و تخلخل در ریزساختار، شکل پذیری و استحکام آلیاژ به ترتیب 5/17% و 28% افزایش می یابد. مقایسه نتایج حاصل از آزمایشات تجربی با نتایج شبیه سازی نیز نشان می دهد که برای داشتن ریزساختار مناسب، در صورتی که کسرجامد دوغاب خروجی بین 30 تا 35 درصد باشد، باید نرخ برش و انرژی تلاطم را تا حد امکان بالا برد. در ضمن شبیه سازی انجام گرفته در بخش آهنگری نیمه جامد و ارائه پارامترهای وابسته به نرم افزار، به خوبی سیلان آلیاژ را در حالت نیمه جامد تقریب زده و تطابق خوبی را با نتایج حاصل از آزمون های آزمایشگاهی نشان می دهد. همچنین نتایج نشان داد که با افزایش دمای قالب از °c25 به °c450، مقدار تناژ پرس 21% کاهش پیدا می کند. همچنین دمای قالب بالاتر باعث بروز ریزساختاری درشت تر و ناهمگن در آلیاژ می شود که این امر باعث کاهش تقریبی 13% سختی در نمونه ها شده است. با افزایش دمای قطعه و مدت زمان نگهداری در آن دما، رشد دانه ها به دلیل پدیده رایپنینگ اتفاق افتاد. نتایج نشان می دهد که اندازه دانه ها برای مدت زمان نگهداری min 5، با افزایش دما از 570 به °c600 به میزان 5% و در دمای °c570 با افزایش زمان نگهداری از 5 به min 30 به میزان 74% افزایش می یابد.

در فرایند شکل دهی دمشی ابرمومسان ورق، از فشار گاز در دمای بالا برای انبساط ورق فلزی به درون حفره قالب و در نتیجه شکل دهی آن استفاده می شود. این فرایند به صورت کششی است، در نتیجه تغییرات زیادی در ضخامت قطعه رخ می دهد. یکی از روش های کنترل کاهش ضخامت، استفاده از پیش فرم در فرایند دمش دو مرحله ای است. مشکل عمده روش پیش فرم دهی چگونگی محاسبه شکل پیش فرم است. با وجود مقالات متعدد در رابطه با طراحی پیش فرم در سایر فرایند های شکل دهی، در مورد طراحی قالب پیش فرم برای شکل دهی ابرمومسان روشی ارایه نشده است. هدف از این پژوهش طراحی پیش فرم در فرایند شکل دهی ابرمومسان ورق جهت بهبود توزیع ضخامت است. برای این منظور از آزمایش های تجربی، روش های تحلیلی و شبیه سازی عددی استفاده شده است. برای این منظور در ابتدا یک مدل تحلیلی برای طراحی قالب پیش فرم قطعات مخروطی ارایه شده است. سپس بر اساس روش انالیز حساسیت یک روش برای طراحی قالب پیش فرم به کمک شبیه سازی در نرم افزار abaqusارایه شده است. در ادامه تاثیر پارامترهای مختلف قالب نهایی مخروطی شکل بر شکل قالب پیش فرم بررسی شده است. در انتها با توجه به نتایج بدست آمده، با کمک شبکه عصبی و الگوریتم ژنتیک، قالب پیش فرم بهینه سازی شده است. نتایج نشان می دهد که نتایج شبیه سازی و تجربی تطابق خوبی با هم دارند. مدل تحلیلی ارائه شده برای یافتن شکل تقریبی قالب پیش فرم قطعات مخروطی به خوبی عمل می کند. همچنین نتایج آنالیز حساسیت نشان می دهد که قالب پیش فرم برای قطعات مخروطی سه منطقه اصلی دارد: یک برآمدگی که ضخامت گوشه قطعه را کنترل می کند. حفرهای داخلی و خارجی که به ترتیب ضخامت کف و دیواره قطعه نهایی را کنترل می کنند. بررسی اثر پارامترهای هندسی قالب نهایی نشان می دهد که، تغییر زاویه و عمق قالب تاثیر زیادی بر شکل قالب پیش فرم دارد. ضریب اصطکاک بین قالب نهایی و ورق بر شکل قالب پیش فرم اثر کمی دارد. با افزایش قطر گرده اولیه مقدار کمینه ضخامت را می توان افزایش داد. نتایج بهینه سازی به کمک الگوریتم ژنتیک نشان می دهد که طراحی قالب پیش فرم یک مسئله با چند جواب است. با وجود چند جوابه بودن مسئله، حساسیت توزیع ضخامت نهایی به شکل قالب پیش فرم زیاد است. و تغییر کمی در قالب پیش فرم بر توزیع ضخامت اثر زیادی دارد. چند جوابه بودن مسئله باعث انعطاف پذیری بیشتر فرایند طراحی پیش فرم می شود.

در میان مدل های مختلف شکست نرم، مدل خسارت گارسون-تورگارد-نیدلمن (gtn) بدلیل در نظر گرفتن سه مرحله جوانه زنی، رشد و انعقاد حفرات در حین تغییر شکل پلاستیک کاربرد وسیعی دارد. مسائل مهم در این مدل محاسبه دقیق پارامترهای آن می باشد که در روش های تجربی بسیار وقت گیر و پرهزینه است. لذا برای این منظور از روش های شبیه سازی اجزای محدود استفاده می شود.

در این پژوهش ساخت صفحات دوقطبی فلزی پیل سوختی به روش آزمایشگاهی و شبیه سازی اجزای محدود به کمک فرآیند شکل دهی با دمش گاز مورد بررسی قرار گرفته است. قالب اصلی با طرح نهایی شیار مارپیچ مستقیم موازی در قالب محدب ساخته شد و آزمایش های نهایی روی ورق فولاد زنگ نزن 304 با ضخامت 12/0 میلیمتر انجام شد. در ادامه به منظور صحت سنجی شبیه سازی فرآیند شکل دهی انجام شده توسط نرم افزار اجزای محدود 12 .6 abaqus ، نتایج شبیه سازی ها با نتایج آزمایش های تجربی مقایسه شد. سپس پارامترهای هندسی و فرآیندی دیگر با استفاده از نرم افزار اجزای محدود مورد بررسی قرار گرفت.