نورد تجمعی یکی از انواع روش های تغییر شکل مومسان شدید است که امکان تولید فلزاتی با استحکام بالا و اندازه دانه های نانو متری را فراهم می کند. در این تحقیق ورق های آلومینیوم aa1050 به روش نورد تجمعی تولید شده و شکل پذیری آنها با استفاده از روش های تئوری و تجربی تعیین شده است. در پیش بینی تئوری منحنی حد شکل دهی، از روش مارسینیاک-کوزینسکی مبتنی بر نقص اولیه در ورق با شرط تنش صفحه ای استفاده شده است که این نقص هندسی در ورق به صورت تابعی از اندازه دانه، زبری سطح و کرنش موثر در هر لحظه لحاظ گردید. ناهمسانگردی در رفتار ورق با استفاده از سه معیار تسلیم هیل، هاسفورد و بارلات مدلسازی و نتایج با یکدیگر مقایسه شد. در تعیین منحنیهای حد شکل دهی تجربی از کشش صفحه ای و همچنین کشش خارج از صفحه با سنبه سرکروی بر روی نمونه هـایی با ابعاد متفاوت استفاده شد. نتایـج نشان دهنده کاهـش سطح منحنی حـد شکل دهی در مرحله اول نورد است در حالی که شکل پذیری به همراه استحکام تسلیم با افزایش شمار مراحل نورد بهبـود می یابد به طوریکه شکل پذیری و استحکام در پایان مرحله چهارم نورد، بر خواص ورق های اولیه برتری می یابد. در بخش دیگری از این تحقیق شکل پذیری ورق های چندلایه فلزی مورد بررسی قرار گرفت. در بخش تئوری به منظور پیش بینی کرنش های حدی، مدل های لایه معادل و لایه مجزا ارائه گردید. با مدلسازی عددی فرآیند نورد ورق چند لایه به کمک نرم افزار abaqus 6.10 پیش کرنش موثر ایجاد شده در هر یک از لایه ها محاسبه و در کد عددی روش لایه مجزا مورد استفاده قرار گرفت. نتایج این بخش با استفاده از یافته های تجربی دیگر مقالات صحه گذاری شد. مشخص شد که تعیین کرنش های حدی با استفاده از روش لایه مجزای ارائه شده، ضمن توافق مطلوب با نتایج تجربی، از اعتبار بالاتری در تعیین منحنی حد شکل دهی ورق های چند لایه برخوردار است.

در سال های اخیر افزایش رقابت در صنایع خودروسازی، صنایع هوافضا و تسلیحاتی سبب شده است تا این مراکز به سمت تولید تجهیزات سبک ، با مصرف سوخت کم و سازه های مستحکم سوق داده شود. در این راستا ساخت قطعات یکپارچه ی توخالی با هندسه ی پیچیده از ورق و لوله، با استفاده از روش های شکل دهی با قالب انعطاف پذیر مورد توجه محققین قرار گرفته است. از مهم ترین این روش ها می توان به شکل دهی با بالشتک کشسان و شکل دهی با سیال اشاره کرد که به علت انعطاف پذیری بالا در تولید قطعات پیچیده، کیفیت سطح مطلوب و هزینه ی پایین ساخت قالب؛ به علت استفاده از یک نیمه ی صلب ابزار؛ گوی سبقت را از دیگر روش های سنتی ربوده است. در این پژوهش تحلیل عددی و تجربی فرایند انبساط دهی لوله درزدار فولادی زنگ نزن 304، با استفاده از بالشتک کشسان از جنس پلی اورتان انجام شد. نخست با هدف اطمینان خاطر از طراحی قالب شکل دهی با بالشتک کشسان، به تحلیل تنش اجزاء قالب -به صورت سه بعدی و شکل پذیر- پرداخته شد. به منظور استخراج ضریب نقص لوله و ثوابت شکست آن، مدل سازی فرایند هیدروبالجینگ لوله درزدار با مدل شکست نرم پیشرونده از نوع منحنی حد شکل دهی تا آستانه ترکیدگی انجام و ضمن مقایسه با نتایج آزمون تجربی دیگر مراجع، مورد مطالعه قرار گرفت. با هدف تشخیص میزان تاثیرگذاری عوامل ذاتی و محیطی بر روی فرایند شکل دهی با بالشتک کشسان از تلفیق روش المان محدود و روش طراحی آزمایش های تاگوچی استفاده شد. در این بخش اثر هفت عامل ضریب اصطکاک بین قالب و لوله، ضریب اصطکاک بین لاستیک و لوله، سختی و طول لاستیک، شعاع گوشه قالب، طول ناحیه تغییرشکل و پیشروی محوری لوله، بر روی عمق متوسط انبساط دهی، اختلاف عمق، تعداد چین، یکنواختی توزیع ضخامت و کرنش ضخامتی مورد مطالعه قرار گرفت. مدل سازی سه بعدی فرایند انبساط دهی لوله درزدار به کمک بالشتک کشسان تحت شرایط روانکاری مختلف نیز در مرحله پایانی شبیه سازی انجام شد. نتایج عددی از تاثیر قابل توجه سیستم روانکار مورد استفاده خصوصاً بین لاستیک و لوله در موفقیت فرایند حکایت دارد. در بخش تجربی از این تحقیق، آزمون فشار لاستیک بر اساس استاندارد astm d575-91 انجام و منحنی تنش-کرنش و ثوابت معادله ساختاری مونی-ریولین پلی اورتان تعیین شد. شکل دهی لوله های مدرج شده فولادی، با استفاده از بالشتک کشسان در شرایط مختلف روانکاری تا رسیدن به آستانه پارگی انجام؛ توزیع کرنش های طولی، محیطی و ضخامتی بدست آمد. مقایسه حالت کرنش های بدست آمده از این قطعات در ناحیه سالم با منحنی حد شکل دهی لوله از روش هیدروفرمینگ، افزایش شکل پذیری در فرایند شکل دهی با لاستیک را نشان می دهد. نتایج تجربی نشان داد، قطعات سالم بدون چین خوردگی با استفاده از روانکار نایلون بین لاستیک و لوله و روانکار روغن کشش بین لوله و قالب شکل داده می شود. در انبساط دهی آزاد لوله با بالشتک کشسان به علت افزایش فشار هیدروستاتیکی و همچنین تغذیه محوری ناخواسته از شرایط اصطکاکی بین لاستیک و لوله، که موجب انحراف مسیر کرنش به سمت چپ منحنی حد شکل دهی (حالت فشار-کشش) می گردد؛ بهبود شکل پذیری و افزایش عمق بالج مشاهده خواهد شد. در مرحله نهائی به منظور بررسی کارائی و دقت تحلیل، در یک مطالعه موردی، مدل سازی عددی و ساخت تجربی قطعه بادامک از لوله فولادی به روش شکل دهی با لاستیک انجام شد. در نهایت قطعه بادامک با موفقیت ساخته، نتایج این قسمت نیز با روش هیدروفرمینگ مقایسه شد.

ساچمه زنی یک عملیات سطحی معمول، جهت بهبود عمر خستگی قطعات فلزی مختلف است. این فرایند باعث ایجاد تنش پسماند فشاری نزدیک سطح قطعه شده که در جلوگیری از شروع ترک های سطحی و مقاومت در مقابل خوردگی تنشی بسیار مفید است. پین فرمینگ روشی است که از فرایند ساچمه زنی مشتق شده و کاربرد عمده ی آن در صنایع هوایی جهت تولید قطعات نازک بزرگ با انحناهای ملایم از جمله پنل ها و پوسته ی بال هواپیماها می باشد. این فرایند به دو دسته ی پین فرمینگ بدون پیش کرنش الاستیک (پین فرمینگ متداول) و پین فرمینگ با پیش کرنش الاستیک (استرس پین فرمینگ) قابل تقسیم است. در این پایان نامه، به مطالعه ی عددی و تجربی فرایندهای ساچمه زنی و پین فرمینگ با و بدون پیش کرنش الاستیک ورق های فلزی پرداخته شد. جهت انجام آزمایش های تجربی از ساچمه های فولادی با قطرهای 0.4mm و0.6mm و نوارهایی از جنس آلیاژهای آلومینیم al7075-t6و al6061-t6 استفاده شد. برای اعمال پیش کرنش الاستیک، قیدهایی با چهار شعاع پیش خمش متفاوت ?، mm 500، mm 375 و mm 250طراحی و ساخته شد. در بخش عددی با به کار بردن پارامترهای مشابه با آزمایش ها، ابتدا با استفاده از یک مدل سه بعدی با توزیع تصادفی ساچمه، به شبیه سازی فرایند ساچمه زنی پرداخته شد و در ادامه با استفاده از این مدل و در سه مرحله ، فرایندهای پین فرمینگ و استرس پین فرمینگ شبیه سازی شد. در مرحله ی اول، در یک تحلیل المان محدود ضمنی در نرم افزار آباکوس، ممان پیش خمش جهت ایجاد پیش کرنش الاستیک، به بلوکی آلومینیمی اعمال گردید. سپس در تحلیلی صریح، ضربات ساچمه ها روی بلوک آلومینیمی دارای پیش کرنش الاستیک، شبیه سازی و توزیع تنش ها درون بلوک به دست آمد. سرانجام در تحلیل ضمنی دیگر، با اعمال نیروهای کششی عکس العمل و ممان های خمشی عکس-العمل که از مرحله ی قبل به دست آمد، شکل دهی ورق آلومینیمی شبیه سازی شد. نتایج حاصل از شبیه سازی عددی و تجربی مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد به ازای پارامترهای پینینگ یکسان، استرس پین فرمینگ در مقایسه با پین فرمینگ متداول انحنای بزرگتری در ورق ایجاد می-کند. همچنین با افزایش ممان پیش خمش (کاهش شعاع پیش خمش)، انحنای ایجاد شده در ورق در جهت اعمال پیش خمش افزایش می یابد.

شکل¬دهی بدست آمده در این پژوهش برای پیش¬بینی شکل¬پذیری قطعه¬های صنعتی قابل استفاده است. تولید محصولات پیچیده صنعتی از لوله¬های فلزی با هدف افزایش نسبت استحکام به وزن سازه¬ها و خصوصاً کاهش مصرف سوخت وسایل نقلیه در سال¬های اخیر مورد توجه صنعتگران قرار گرفته است. در این راستا یکی از فرایندهای جدید مورد استفاده، روش¬های شکل¬دهی با سیال (هیدروفرمینگ) می¬باشد. پارگی در فرایندهای شکل¬دهی ورق¬ها و لوله¬ها به عنوان یکی از اصلی¬ترین عوامل محدود کننده، با استفاده از منحنی-های حد شکل¬دهی (fld) مورد ارزشیابی قرار می¬گیرد. استفاده از منحنی حد شکل دهی برآمده از روش های شکل دهی سنتی در فرایند هیدروفرمینگ معتبر نیست. بکارگیری منحنی حد شکل دهی برآمده از روش های شکل دهی ورق نیز در فرایندهای هیدروفرمینگ لوله خطاساز است. در این پژوهش با هدف پیش بینی تجربی حد شکل دهی لوله فولادی زنگ¬نزن 304، نخست در فرایند هیدروبالجینگ متقارن محوری به بررسی عددی اثر نحوه بارگذاری و هندسه قالب بر مسیر کرنش گذاری و ناپایداری پلاستیک ایجاد شده در لوله پرداخته شد. به¬منظور بررسی اثر نحوه بارگذاری، سه نوع بارگذاری آزاد، بارگذاری با تغذیه محوری لوله و بارگذاری با انتهای ثابت لوله مورد مطالعه قرار گرفت. مطالعه اثر هندسه قالب با تغییر در شعاع گوشه (r) و طول¬ ناحیه تغییر شکل (w) انجام شد. در این پ‍ژوهش، اثر مقدار تغذیه محوری لوله در حالت بارگذاری با تغذیه محوری بر روی نسبت کرنش (β) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج عددی نشان داد که مسیر کرنش¬¬گذاری لوله در دو حالت بارگذاری آزاد و بارگذاری با انتهای ثابت لوله، به صورت تقریباً مشابه در سمت راست منحنی حد شکل¬دهی قرار دارد. در این شرایط، با افزایش طول ناحیه تغییر شکل (w)، نسبت کرنش (β) به سمت صفر میل می¬کند که این نتیجه مستقل از شرایط مرزی است. با افزایش شعاع گوشه قالب (r) در حالت بارگذاری آزاد، با کاهش نسبت کرنش (β) مسیر کرنش¬گذاری به سمت حالت کرنش¬صفحه¬ای نزدیک می¬شود؛ درحالی¬که در بارگذاری با تغذیه محوری لوله، افزایش شعاع قالب تاثیر قابل توجه¬ای بر مسیر کرنش¬گذاری قطعه و نسبت کرنش ندارد. در حالت بارگذاری با تغذیه محوری، با افزایش مقدار تغذیه لوله، نسبت کرنش (β) کاهش چشم¬گیری می¬یابد. در بخش تجربی از این تحقیق، از بین آزمون¬های مختلف شبیه¬سازی شده تعداد 10 آزمون با پراکندگی مناسب مسیر بارگذاری بر روی صفحه کرنش انتخاب گردید. پس از طراحی و ساخت قالب، لوله¬های مدرج شده تا رسیدن به پارگی تحت شرایط کنترل شده تحت بارگذاری قرار گرفت و با اندازه¬گیری کرنش در نواحی مجاور پارگی منحنی حد شکل¬دهی لوله فولادی ترسیم گردید. منحنی fld بدست آمده برای لوله فولادی زنگ¬نزن 304 با منحنی fld همین جنس از ورق از مطالعات دیگر محققین مورد مقایسه قرار گرفت. در مرحله نهائی به¬منظور بررسی کارائی و دقت معیار شکل¬پذیری استخراج شده، از آن برای پیش¬بینی پارگی در فرایند ساخت بادامک از لوله مورد استفاده قرار گرفت. نتایج تحلیل عددی و تجربی در این بخش نشان داد که منحنی fld بدست آمده با دقت قابل قبولی توان پیش¬بینی شکل¬پذیری را در فرایند هیدروفرمینگ بادامک داراست. علاوه بر این، بررسی شکل¬پذیری قطعه صنعتی تایید کرد که منحنی حد

شکل دهی تدریجی تک نقطه ای یک روش انعطاف پذیر برای ساخت محصولات از ورق های فلزی است که به پانچ یا قالب مخصوص برای شکل دهی احتیاج ندارد. در این روش ورق اولیه به وسیله ی یک قالب نگهدارنده ی ساده، محکم نگه داشته شده و شکل نهایی قطعه، با جا به جایی های نسبی یک ابزار به کمک دستگاه کنترل عددی رایانه ای به دست می آید. این روش برای تولید قطعاتی که ساخت آنها با روش های دیگر بسیار پرهزینه یا غیر ممکن است، یا قطعات با تیراژ پایین مناسب می باشد. در این پایان نامه، فرایند شکل دهی تدریجی تک نقطه ای عرقچین کروی از جنس آلیاژ آلومینیوم aa6061-o به روش تجربی و شبیه سازی عددی مورد مطالعه قرار گرفت. در آزمایش های تجربی، ابزار شکل دهی از جنس کاربید تنگستن با قطرهای 8 و mm 12 به کار رفت. برای حرکت ابزار دو نوع مسیر تعریف شد. در مسیر نوع اول، ابزار با حرکت روی یک مسیر پیوسته ی مارپیچ کروی با گام عمودی مشخص، از بزرگترین قطر به سمت مرکز در بیشترین عمق حرکت کرده، تماس ابزار با قطعه کار در طول شکل دهی قطع نمی شود. در مسیر نوع دوم که یک مسیر ناپیوسته است، ابزار ابتدا به اندازه ی گام معین عمودی روی محور قطعه حرکت کرده و به عمق جدید می رسد. سپس روی یک مسیر مارپیچ صفحه ای با گام شعاعی مشخص از مرکز به سمت بزرگترین شعاع در آن عمق حرکت می کند. شبیه سازی عددی با استفاده از حل گر صریح نرم افزار المان محدود آباکوس انجام گرفت و با به کار بردن پارامترهای مشابه با آزمایش ها، اثر عوامل موثر بر شکل دهی از قبیل قطر ابزار، نوع مسیر حرکت و گام ابزار بررسی شد. نتایج مطالعه ی تجربی و عددی فرایند شکل دهی تدریجی نشان داد که، توزیع کرنش در مسیر ابزار نوع دوم در مقایسه با مسیر ابزار نوع اول بسیار بهبود می یابد. در ادامه، فرایند کشش با سنبه ی سرکروی به روش آزمایش تجربی و شبیه سازی عددی مورد مطالعه قرار گرفت و کرنش های به وجود آمده در آن با مقادیر مشابه در فرایند شکل دهی تدریجی مقایسه گردید. این مقایسه نشان داد که در فرایند شکل دهی تدریجی بدون پاره شدن ورق، کرنش های بسیار شدیدی به دست می آید، در حالی که در فرایند کشش با سنبه ی سرکروی، اعمال کرنش های بسیار پایین تر موجب پاره شدن ورق می شود. در انتها، نتایج به دست آمده از شبیه سازی عددی با نتایج به دست آمده از آزمایش تجربی مقایسه شد. حاصل مقایسه سازگاری خوبی بین نتایج به دست آمده از شبیه سازی عددی و آزمایش تجربی را نشان داد.

پیل سوختی با یک واکنش الکتروشیمیایی، که محصولات جانبی آن آب و حرارت می باشد، الکتریسیته تولید می کند. از موثرترین راه های افزایش راندمان و کاهش هزینه توان تولیدی پیل های سوختی، کاهش ضخامت و در نتیجه افزایش رسانایی الکترولیت ها می باشد. در پژوهش های پیشین نشان داده شده است که کامپوزیت های 3ysz/8ysz هدایت یونی و استحکام مکانیکی بالایی از خود نشان می دهند. در این پایان نامه لایه های نازک از الکترولیت های جامد پایه زیرکونیا توسط روش ریخته گری نواری تولید شده است. روش تزریق پلیمری جهت افزودن ایتریا به لایه های نازک 3ysz بکار گرفته شد و در نهایت کامپوزیت های 3ysz/8ysz با ترکیب دو روش فوق بدست آمد. خواص مکانیکی و الکتریکی لایه های کامپوزیتی 3ysz/8ysz و لایه های 3ysz خالص، 5ysz خالص و 8ysz خالص، مورد بررسی قرار گرفته و گزارش شده اند.

در این پژوهش به منظور دستیابی به یک حل تحلیلی دقیق برای بررسی اثر تنش در راستای ضخامت بر ناپایداری پلاستیک ایجاد شده در ورقهای فلزی از معیار گلویی پخشی سوئیفت استفاده شد. فرضیات حل تحلیلی برای جنس ورق شامل رفتار صلب_پلاستیک، معادله سختشوندگی توانی با ناهمسانگردی نرمال بوده و از ناهمسانگردی صفحه-ای ورق صرفنظر شده است. با نوشتن قانون جریان پلاستیک برای معیار تسلیم هیل درجه دو و غیر درجه دو در حالت عمومی (با ملاحظهی تنش نرمال)، نخست ثوابت معیار تسلیم بر حسب ضریب ناهمسانگردی ورق محاسبه و سپس مقادیر تنش و کرنش بحرانی در آستانه گلویی پخشی استخراج شد.

گوشواره ای شدن به تفاوت در ارتفاع دیواره ی فنجان شکل داده شده به روش کشش عمیق گفته می شود. عامل اصلی آن، تفاوت در خواص مکانیکی ماده در جهت های مختلف یا ناهمسانگردی است. پیش بینی دقیق این پدیده و حذف اثرهای نامطلوب آن نیازمند شبیه سازی دقیق رفتار ناهمسانگردی درون صفحه ای ورق های فلزی با استفاده از معیارهای تسلیم پیشرفته است. در این پایان نامه، از معیار تسلیم bbc2003 برای پیش بینی این رفتار در ورق های آلیاژ آلومینیوم aa3105، استفاده شده است. ابتدا، یک روش تجربی-عددی برای استخراج هشت ثابت معیار تسلیم bbc2003 با استفاده از داده های آزمون کشش ساده و کشش کرنش صفحه ای ارائه شده است. معادلات غیرخطی حاکم بر این ضرایب استخراج گردید و به روش شیب دارترین نزول حل شد. سپس، تابع تسلیم با ثوابت به دست آمده برای پیش بینی تنش تسلیم و ضرایب ناهمسانگردی به کار گرفته شد و دقت آن مورد بحث و بررسی قرار گرفت. در گام بعد، معیار تسلیم bbc2003 در تحلیل های المان محدود شکل دهی ورق فلزی در نرم افزار آباکوس به کار گرفته شد. برای این منظور، زیربرنامه ی vumat برای توصیف رفتار کشسان و مومسان ورق فلزی، توسعه یافت و راستی آزمایی شد. با به کارگیری این زیربرنامه، فرایند کشش فنجان شبیه سازی شد. نتایج تحلیل های المان محدود با نتایج تجربی به دست آمده از آزمون کشش فنجان برای این ماده مقایسه شد. شاخص های مورد استفاده در این مقایسه، ارتفاع دیواره ی فنجان و تغییرات ضخامت است. نتایج نشان می دهد، معیار bbc2003 با دقت خوبی فرایند گوشواره ای شدن را برای این آلیاژ، پیش بینی می کند.