هیدروفرمینگ یکی از فرآیندهای شکل دهی فلزات است که در آن نیروی شکل دهی به وسیله سیالی که فشار هیدروستاتیکی بالایی دارد تأمین می شود. در کشورعزیزمان ایران هیدروفرم ورق و هیدروفرم لوله که برای شکل دهی قطعاتی با مقاطع بسته است، کم تر در صنعت شناخته شده است. همین نیاز باعث شد هیدروفرم محور عقب خودرو موضوع این تحقیق قرار گیرد. ابتدا درباره مزیت های هیدروفرم نسبت به روش های سنتی شکل دهی قابل استفاده بحث شده است. سپس درباره انواع روش های هیدروفرم لوله به صورت کلی بحث شده و مزایا و معایب آن ها مطرح گردیده است. در ادامه در مورد شبیه سازی رایانه ای هیدروفرمینگ لوله توضیح داده شده است و جزئیات آن تا حد امکان بیان شده است. سپس روش های مرحله ای و غیرمرحله ای با هم مقایسه شده و برتری های روش مرحله ای برای تولید این قطعه اثبات گردیده است؛ نشان داده شده است که توزیع ضخامت در لوله تولیدی به روش مرحله ای، بسیار مناسب تر است و تغییرات ضخامت در آن کم تر است و در نتیجه احتمال پارگی قطعه کمتراست و خواص مکانیکی آن نسبت به لوله های تولیدی به روش های کم فشار و پرفشار مناسب تر است. در گام بعد درباره قطر مناسب لوله اولیه برای شکل دهی بحث شده است و تلاش شده تا با تلفیق روش مرحله ای و کم فشار، قطر مطلوب لوله اولیه و هم چنین توزیع فشار مناسب حین شکل دهی پیش نهاد شده و نیروی فشاری قالب تخمین زده شود. سپس و جهت سنجش دقت نتایج، توزیع ضخامت نتایج حاصل از شبیه سازی و نتایج واقعی، با یکدیگر مقایسه شده است. در پایان نیز درباره سازوکار آب بندی لوله توضیحاتی ارائه شده است. ابتدا روش های مختلف آب بندی لوله ها توضیح داده شده است و تعدادی از مزایا و معایب هر کدام بیان شده است و ساز و کار آب بندی مورد استفاده در دستگاه ساخته شده برای هیدروفرم محور خودرو توضیح داده شده است و نیروی لازم برای آب بندی محاسبه گردیده است.

در میان مواد هوشمند، آلیاژهای حافظه دار به دلیل ایجاد کرنش های زیاد و رفتارهای ویژ? خود، همواره مورد توجه پژوهشگران بوده و تلاش های زیادی برای مدل کردن رفتار این مواد صورت گرفته است. شاخه ای از این مواد که به تازگی مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است، علاوه بر رفتارهای متداول آلیاژهای حافظه دار قادر به ایجاد کرنش در میدان مغاطیسی می باشد. به این مواد آلیاژهای حافظه دار فرومغناطیس می گویند. تاکنون تلاش های زیادی برای مدل کردن رفتار این مواد تحت بارگذاری هایی که ترکیبی از میدان مغناطیسی و تنش بوده، صورت گرفته است. مدل هایی که تاکنون ارائه شد به صورت ضمنی بوده که برای شبیه سازی به کمک آن ها بعضاً حل های عددی طولانی لازم می باشد. در مقایسه با مدل های ضمنی ارائه شده، مدلی صریح که قادر به پیش بینی رفتار این مواد تحت هر بارگذاری باشد، ارائه نشده است. در این پایان نامه هدف بر این است که مدلی صریح ارائه شود که قادر به پیش بینی رفتار این مواد تحت هر گونه بارگذاری بوده و به سادگی و بدون نیاز به استفاده از روش های عددی قابل استفاده باشد. به منظور دستیابی به مدل ارائه شده برای آلیاژهای حافظه دار فرومغناطیس، فرضیات و تعاریفی که در آلیاژهای حافظه دار پذیرفته شده اند و برای مدل کردن رفتار این مواد مورد استفاده قرار می گیرند، در ابتدا مورد نقد و بررسی قرار گرفته اند و شرایطی معرفی شده است که مدل های موجود در آلیاژهای حافظه دار نتایجی متضادی با واقعیت ارائه می دهند. همچنین آزمایش هایی برای بررسی فرضیات و مدل های پذیرفته شده در آلیاژهای حافظه دار صورت گرفته است و عدم سازگاری این فرضیات و این مدل ها با آزمایش نشان داده شده است. سپس مدلی صریح بر مبنای مکانیک محیط های ارائه شده قابلیت مدل کردن رفتار آلیاژهای حافظه دار را هنگامی که تغییر فاز در آنها رخ می دهد دارا می باشد. در این مدل اثر تاریخچ? بارگذاری بر روی شرایط شروع تغییر فاز در نظر گرفته شده است. بنابراین سطوح فازی به جای دیاگرام های فازی موجود معرفی شدند و به کمک نتایج آزمایش های موجود صحت مدل ارائه شده، نشان داده شده است. مدل صریحی که در این پایان نامه برای آلیاژهای حافظه دار فرومغناطیس ارائه شده است بر مبنای مکانیک محیط های پیوسته بوده و قابلیت پیش بینی رفتار این مواد را هنگامی که تحت اثر همزمان میدان مغناطیسی و تنش می باشند دارا است. به منظور بررسی صحت این مدل آزمایش هایی متناسب بر روی نمون? آلیاژ حافظه دار فرومغناطیس انجام گردیده است و همخوانی بسیار خوب آزمایش ها و پیش بینی مدل، دلیلی بر صحت مدل ارائه شده می باشد. از ویژگی های بارز این مدل علاوه بر سادگی استفاد? آن، در نظر گرفتن تاریخچ? بارگذاری بر روی شرایط شروع فرآیند کرنش غیر الاستیک می باشد. دیاگرام های فازی و سطوح فازی مناسب به گونه ای تعریف شده اند که قابلیت استفاده در تمامی حالات ممکن بارگذاری را دارا باشند. همچنین رفتار این مواد تحت بارگذاری دو محوره تنش مورد بررسی قرار گرفت و برای اولین بار مدلی مناسب که بتواند این رفتار را پیش بینی کند ارائه شده است.

آلیاژهای حافظه دار دسته ای از مواد هوشمند هستند که ویژگی های منحصربه فرد حافظه داری و شبه الاستیسیته را از خود نشان می دهند. حافظه داری قابلیت بازیابی کرنش های ماندگار مکانیکی به کمک گرما است، در حالیکه شبه الاستیسیته قابلیت بازیابی کرنش های بزرگ (تا حد 8 %) در طی یک سیکل بارگذاری- باربرداری مکانیکی است. ویژگی های بی نظیر حافظه داری و شبه الاستیسیته به خاطر استحاله مارتنزیتی حالت جامد از یک فاز با تقارن و دمای بالا با نام آستنیت، به یک فاز با تقارن کم و دمای پایین با نام مارتنزیت ظاهر می شوند. این مواد تازه شناخته شده همچنین از ویژگی های دیگری نظیر نسبت نیرو به وزن بالا، زیست سازگاری، پاسخ آرام، عملکرد نرم و طولانی مدت بهره می-برند که منجر به مورد توجه قرار گرفتن آنها در بسیاری از کاربردهای مهندسی از پزشکی تا صنعت هوافضا به صورت چشمگیری گردیده است. با وجود آنکه آلیاژهای حافظه دار با شکل های متنوعی ساخته می شوند، در بسیاری از موارد به شکل سیم یا نوار مورد استفاده قرار می-گیرند. لذا شبیه سازی یک بعدی آن ها در بررسی مسائل واقعی، امری ضروری به نظر می رسد. در سه دهه ی اخیر مدل های بسیاری توسط محققان برای آلیاژهای حافظه دار ارائه شده و روش های عددی متنوعی نیز برای پیاده سازی این روابط به کارگرفته شده است. بسیاری از حل های موجود برای سیم حافظه دار به تنهایی و یا سازه های خاص و ساده شامل سیم حافظه دار قابل استفاده هستند. با توجه به اینکه سازه های هوشمند شامل سیم حافظه دار بسیار متنوع و پیچیده هستند، لذا واضح است که این حل های خاص جوابگوی نیاز بررسی این گونه مواد در چنین شرایطی نمی باشند. در کنار این حل های خاص، حل های کلی نیز وجود دارند که با مشکلاتی در بررسی رفتار آلیاژهای حافظه دار روبه رو هستند. در این تحقیق به منظور ارائه یک راهکار کلی، معادله ی یک بعدی متداولی برای آلیاژهای حافظه دار که هر دو رفتار حافظه داری و شبه الاستیسیته را در برمی گیرد، در نرم افزار تحلیل اجزای محدود آباکوس به کمک یک زیربرنامه تعریف شده است. یکی از مزیت های اساسی این زیربرنامه ترمومکانیکی، توانایی آن در بررسی هر مسیر پیچیده مکانیکی و حرارتی است. در نتیجه این زیربرنامه می تواند به راحتی در تحلیل اجزای محدود هر سازه ی هوشمند پیچیده شامل سیم حافظه دار مورد استفاده قرار گیرد. همچنین این زیربرنامه قابلیت مدل سازی رفتار آلیاژهای حافظه دار تحت شرایط استاتیکی، کوپل ترمومکانیکی (دینامیکی) و الکتروترمومکانیکی را دارد. برای صحت سنجی روش عددی ارائه شده، نتایج آن تحت بارگذاری و شرایط مرزی ترمومکانیکی مختلفی، با نتایج تحلیلی، آزمایشگاهی و نتایج حاصل از دیگر روش های عددی موثق، مقایسه شده که تطابق مناسبی را نشان می دهد. اثر نرخ افزایش دما، ضریب انتقال حرارت هدایتی و جابجایی بر پاسخ عملگرهای حافظه دار در حالت استاتیکی بررسی شده است. همچنین نشان داده شد که وقتی بارگذاری های مکانیکی با سرعت های نسبتا بالایی اعمال می شوند، فرض همدمایی دیگر اعتبار نداشته و هر چه نرخ باگذاری افزایش یابد، اثرات دمایی منجر به تغییرات شدیدتری در روند استحاله خواهند شد. در این حالت تغییرات دما وابسته به پارامترهایی از قبیل نرخ کرنش، ضریب انتقال حرارت جابجایی و قطر سیم است. علاوه بر آن، تاثیر درنظر گرفتن گرمای نهان استحاله بر عملکرد عملگرهای حافظه دار به صورت عددی بررسی شده و نشان داده شد که گرمای استحاله با کاهش پیشرفت استحاله مارتنزیتی، پاسخ عملگر را ضعیف تر می کند. در نهایت رفتار الکتروترمومکانیکی و پارامترهای موثر بر آن مورد مطالعه قرار گرفت. در این بخش نشان داده شد که اگر مقاومت ویژه ی الکتریکی ثابت و برابر مقدار آن در حالت مارتنزیت در نظر گرفته شود، افزایش دما در طول سیم با روند کندتری صورت می گیرد.

اسپری سرد یک فرآیند نسبتا جدید است که از آن برای پوشش دهی و ساخت قطعات جدید استفاده می شود. در این فرآیند ذره های پودر در دمای پایین به سمت زیرلایه یا لایه قبلی پرتاب می شود. به دلیل سرعت بالا در این فرآیند، ذره ها در لحظه ی برخورد دارای انرژی جنبشی بسیار زیادی هستند که پس از برخورد باعث ایجاد تغییر شکل زیاد در ذره ها و زیرلایه شده و در نهایت سبب ایجاد پیوند های مولکولی محکمی بین ذره ها و زیرلایه می شود. همچنین به خاطر سرعت بالای ذره های پودر در زمان برخورد به زیرلایه، تغییر شکل ذره ها در نرخ کرنش های بسیار بالا (109 برثانیه) انجام می پذیرد. نرخ کرنش مذکور به نسبت فاصله از محل برخوردکاهش پیدا می کند. به همین دلیل نرخ کرنش در این فرایند از حدود 109 برثانیه تا صفر تغییر می کند که نشان می دهد این فرایند در محدوده ی وسیعی از نرخ کرنش ها انجام می پذیرد.به طور کلی مطالعات تجربی فرایندها بسیار هزینه بر می باشند. از این رو محققان تلاش می کنند تا راه های ساده تر و کم هزینه تری برای یافتن نتایج فرایند مورد نظر خود پیدا نمایند. یکی از این راه ها شبیه-سازی فرایندها می باشد. شناخت توانایی های فرآیند اسپری سرد در ساخت پوشش ها و قطعات جدید از مواد گوناگون نیز نیازمند آزمایش های هزینه بر و متعدد می باشد. به همین دلیل، تحقیقات بیشتر به منظور دست یابی به شبیه سازی صحیح این فرآیند لازم و ضروری به نظر می رسد.با وجود ناتوانی مدل جانسون-کوک در پیش بینی تنش سیلان در نرخ کرنش های بسیار بالای معمول در این فرآیند، مطالعات نشان می دهد که تمامی تحقیقات گذشته از این مدل در شبیه سازی این فرآیند استفاده کرده اند. بنابراین انتظار می-رود که با استفاده از یک مدل ماده مناسب تر برای نرخ کرنش های بسیار بالا بتوان دقت شبیه سازی های گذشته را بهبود بخشید. تا کنون مدل های ماده بسیاری برای پیش بینی رفتار ماده در نرخ کرنش های بالا ارائه شده اند. ولی بیشتر این مدل ها برای یک فرایند خاص ارائه شده و فقط در شبیه سازی آن فرایند جواب های قابل قبولی را ارائه می دهد. از این رو برای یافتن مدلی که بتواند فرآیند مورد نظر را شبیه سازی کند بایستی پیش بینی های آن مدل با آزمایش های تجربی مقایسه شده و درستی نتایج اثبات شود. به همین دلیل در این تحقیق، تمرکز بر اهمیت استفاده از مدل های ماده مختلف برای نرخ کرنش های بالا در شبیه سازی فرآیند اسپری سرد صورت گرفت. تعداد شش مدل ماده مناسب برای نرخ کرنش های بالا در نرم افزار آباکوس پیاده سازی و سپس با استفاده از آن ها فرآیند اسپری سرد برای فلز مس شبیه سازی شد. مقایسه نتایج نشان داد که مدل ماده انتخاب شده برای شبیه سازی، تاثیر بسیار زیادی در نحوه ی تغییر شکل ذره و زیرلایه می گذارد.لازم به ذکر است که شبیه سازی ها در نرم افزار آباکوس با دو روش انجام گرفت. روش اول استفاده از روش مرسوم المانهای لاگرانژی و روش دوم استفاده از هیدرودینامیک ذرات هموار می باشد. به طور کلی مقایسه نتایج حاصل از این دو روش نشان داد که نتایج هر دو روش تقریبا نزدیک است، با این تفاوت که روش هیدرودینامیک ذارت هموار دمای محل برخورد را کمی پایین تر از المان محدود پیش بینی نمود و از طرف دیگر به مقدار ناچیزی تغییر شکل بیشتر و نفوذ کمتری را نیز برای ذره نشان داد.

از دیرباز یکی از مهمترین چالش های مهندسی مکانیک در شاخه ی شکل دهی، تولید ورق های دومنحنی بدون نیاز به قالب های پیچیده و گرانقیمت بوده است. با مطرح شدن منبع حرارتی به عنوان یک ابزار شکل دهی ورق، ایده ی تولید اشکال پیچیده بدون نیاز به قالب قوت گرفت. فرایند خمکاری ورق فلزی حول یک خط مستقیم به کمک منبع حرارتی یک فرایند ترمومکانیکال بسیار پیچیده است. بنابراین تولید ورق های پیچیده ی دو منحنی توسط منبع حرارتی، پیچیدگی این فرایند را چندین برابر می کند. با توجه به این مورد، تحقیقات انجام شده در زمینه تولید ورق فلزی دو منحنی توسط منبع حرارتی در مقایسه با سایر زمینه های شکل دهی توسط منبع حرارتی بسیار اندک بوده است. هدف این رساله بررسی شکل دهی ورق های دو منحنی و ارائه یک روش جدید جهت تولید آنها به کمک منبع حرارتی می باشد. به منظور درک بیشتر فرایند شکل دهی ورق فلزی توسط منبع حرارتی، در قسمت اول رساله بر روی فرایند خمکاری به کمک لیزر ورق فلزی حول یک خط مستقیم تمرکز شده است. به منظور پیچیده تر کردن این قسمت، بررسی ها بر روی خمکاری به کمک لیزر ورق های ترکیبی ماشینکاری شده انجام شده اند. در بخش اول این رساله، با استفاده از شبیه سازی های عددی یک الگوی تابش دهی جدید برای فرایند خمکاری با لیزر ورق های ترکیبی ماشینکاری شده پیشنهاد شده است. نتایج تجربی و عددی تایید کننده کارآیی و موفقیت این الگوی تابش دهی در فرایند خمکاری با لیزر ورق های ترکیبی ماشینکاری شده می باشند. در ادامه و پس از بررسی شکل دهی ورق های ترکیبی ماشینکاری شده به کمک لیزر و شناخت کافی از فرایند شکل دهی توسط منبع حرارتی متحرک، بررسی ها در زمینه شکل دهی ورق فلزی دو منحنی توسط منبع حرارتی متحرک انجام می شوند. موضوعات مورد بحث در این بخش شامل تولید قطعه ی بشقابی از ورق اولیه دایروی و تولید اشکال گنبدی و زین اسبی از ورق با انحنای اولیه (تولید دو مرحله ای) می باشند . نوآوری این رساله در زمینه تولید قطعه بشقابی از ورق دایروی استفاده از یک الگوی تابش دهی حلزونی می باشد که تا کنون توسط سایر محققین گزارش نشده است. تحقیقات تجربی و عددی انجام شده در این بخش نشان دهنده کارایی و موفقیت این الگو در تولید قطعه بشقابی می باشند. در موضوع تولید اشکال گنبدی و زین اسبی از ورق با انحنای اولیه، ابتدا با یک بحث تحلیلی یک الگوی تابش دهی مناسب و قوی (الگوی تابش دهی منقطع) برای تولید اشکال گنبدی و زین اسبی ارائه شده و سپس توسط نتایج تجربی و عددی اثبات می گردد. نتایج نشان دهنده ی موفقیت الگوی تابش دهی منقطع برای تولید قطعات گنبدی و زین اسبی با مقدار تغییر شکل های قابل توجه می باشند. در پایان نیز یک روش سیستماتیک برای تولید قطعات گنبدی با هر شعاع انحنای دلخواه ارائه می شود.