در این پایان نامه با استفاده از ترکیب توابع دوتایی جریان از مکانیک سیالات و توابع شکل از اجزاء محدود و روش کران بالا روشی درتحلیل فرایند فورجینگ چرخدنده های ساده و مارپیچ ارائه شده است که می تواند محدودیت موجود در روش کران بالای اجزایی در تخمین الگوی واقعی جریان ماده را برطرف نماید. در این روش ابتدا منطقه تغییر شکل به چندین حوزه تفکیک شده و هر حوزه با یک المان جریان سه بعدی شبیه سازی می شود سپس برای هر المان جریان با توجه به شرایط مرزی المان، دوتابع جریان پیشنهاد می شود. به جزء گره های واقع بر سطح آزاد شمش می توان مقادیر جریان گرهی را با استفاده از توابع جریان پیشنهاد شده تعیین نمود. میدان سرعت و میدان نرخ کرنش بدست آمده از توابع دوتایی جریان، تابعی از مجهولات گرهی خواهند بود که می توان این مجهولات را با روش مینیمم سازی نرخ انرژی مصرفی تعیین نمود در نتیجه کمینه ایی برای کران بالای انرژی مصرفی تعیین خواهد شد. در تحلیل حاضر اثرات پارامترهایی همچون ثابت اصطکاک، مدول، تعداد دندانه و زاویه مارپیچ در نیرو و فشار نسبی فورج بررسی شده است. از قابلیت های این روش تعیین میدان توزیع کرنش و پیش بینی تحدب سطح آزاد شمش در حال جریان می باشد. در انتها، نتایج حاصل از این روش با نتایج تجربی و تحلیلی دیگر محققین و همچنین با نتایج حاصل از نرم افزار اجزاء محدود مقایسه شده که مشاهدات، توافق خوبی را مابین نتایج نشان می دهد.

چکیده: در سالهای اخیر پیشرفت های قابل ملاحظه ای در توسعه روش های عددی انجام گردیده است تا تغییرات ریزساختاری در حین فرایندهای ترمومکانیکی را توصیف کند. نتایج بدست آمده به طراحان فرایند و متالوژیست ها اجازه می دهد که تغییرات فرایند را بدون آزمون و خطا و نزدیک به حالت واقعی مطالعه نمایند زیرا مدل های کامپیوتری دقت و سهولت کافی را فراهم میکنند. مدل های ساختاری زیادی برای رفتار پلاستیک فلزات جهت مدل سازی اجزا محدود در دسترس می باشد. اما قابلیت کاربرد اغلب مدلهای ساختاری متداول محدود به مولفه های تغییرات کرنش، نرخ کرنش و دما و در برخی موارد تغییرات ریزساختاری است. امروزه مدل کردن رفتار ماده برای بدست آوردن نتایج دقیق از شبیه سازی فرایندهای تولید، بسیار پراهمیت و ضروری می باشد. در این پایان نامه با بکار گیری قابلیت تعریف مدل های رفتاری در نرم افزار اجزا محدود abaqus به بررسی تغییرات ریز ساختاری فولاد در فرایند های شکل دهی داغ پرداخته شده است. جهت تعریف مدل های رفتاری جدید ابتدا لازم است با مباحث پلاستیسیته محاسباتی آشنا شد. پس از آن مدل های رفتاری گوناگونی که علاوه بر تنش و کرنش تغییرات پارامترهای ریز ساختاری را نیز مدل می نمایند، مورد بررسی قرار می گیرد. در نهایت دو دسته معادلات ساختاری صریح و غیر صریح انتخاب می گردد. در این معادلات تغییرات چگالی نابجایی، حجم تبلور مجدد و اندازه دانه ها لحاظ گردیده اند. با بکار گیری روابط پلاستیسیته محاسباتی و با استفاده از ابزار vumat نویسی این معادلات برای نرم افزار تعریف می گردد. جهت بررسی صحت کد نوشته شده، یک تست فشاری شبیه سازی می گردد و قطعه در نرخ کرنش و دماهای گوناگون تحت آزمایش قرار می گیرد. نتایج شبیه سازی با نتایج تجربی مقایسه گشته که انطباق خوبی با یکدیگر دارند. پس از تایید صحت کد نوشته شده، فرایند های نورد و فورج داغ شبیه سازی و مدل می شوند تا تغییرات پارامتر های ریز ساختاری در آنها مورد بررسی قرار گیرد. در پایان نتایج به صورت کانتور و نمودار های تغییرات ارائه شده است.

با توجه به تحقیقات وسیعی که در دنیا بر روی روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی انجام شده است و وجود مزایا و اهمیت به سزای این روش در اتصال قطعات هم جنس و غیر همجنس و امکان بدست آوردن کیفیت جوش به مراتب بالاتر از روش های جوشکاری ذوبی، این روش از اهمیت بالایی برخوردار شده است. تکنیک های جدیدی مانند استفاده از لیزر و آلتراسونیک جهت افزایش و برطرف نمودن مشکلات روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی و بسط دامنه کاربرد آن استفاده شده است. استفاده از روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی دوسرعته که در آن امکان تنظیم سرعت دورانی پین و شانه به طور مجزا وجود دارد می تواند موجب بهبود کیفیت شرایط جوشکاری شود. در این تحقیق طراحی و ساخت دستگاه جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی دوسرعته به طور موفقیت آمیزی (برای اولین بار در ایران) انجام شده است و جهت اتصال ورق های نازک آلومینیومی بکار گرفته شده است. تاثیر سرعت های دورانی پین و شانه به طور مستقل بر روی خواص مکانیکی و متالورژیکی مانند استحکام، اندازه دانه ها، هندسه منطقه تغییر شکل و ... به طور عمیق مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج مطالعات انجام گرفته نشان داده است که با کنترل مستقل سرعت های پین و شانه امکان تنظیم دمای منتقل شده به قطعه کار و میزان اغتشاش در منطقه جوش وجود دارد. به دنبال تلاش های تجربی انجام شده در این تحقیق، مدلی تئوری ریاضی بر مبنای انرژی جهت تخمین دمای بیشینه در فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی ارائه شده است. مدل موجود با استفاده از بهبود و بسط روابط مربوط به روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی متداول بدست آمده است و نتایج مدل ارائه شده با مدل های پیشین و نتایج تجربی منتشر شده، مقایسه شده است. در ادامه با استفاده از یک روش ابتکاری، به صورت ترکیب فرایندهای جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی و نورد سرد، ساخت نمونه ورق های ترکیبی با ضخامت های بسیار نازک در حدود 70 میکرون انجام شده است و پارامترهای موثر در فرایندهای ترکیبی استفاده شده جهت دستیابی به نمونه بدون عیب مورد بررسی قرار گرفته است.

در این پایان نامه به تحلیل رفتار بعد از کمانش ورقهای مدور همگن، با شرایط مرزی خارج سطح مفصلی وگیردار، تحت اثر بارگذاریهای متقارن و نامتقارن با استفاده از روش ریلی- ریتز پرداخته شده است. روند کار به این صورت است که ابتدا با فرموله کردن مسئله در دستگاه مختصات قطبی به توسعه معادلات دیفرانسیل حاکم بر رفتار ورق در تغییر شکلهای بزرگ، با استفاده ازتئوری غیر خطی ون– کارمن می پردازیم؛ سپس با یک نگاشت مناسب، هندسه را در دستگاه مختصات طبیعی بیان می کنیم سپس به توسعه میدانهای جابجایی در دستگاه مختصات طبیعی، با بکارگیری توابع شکل طبقاتی، هرمیتی و سری فوریه در درونیابی میدان جابجایی خارج سطح و توابع شکل لاگرانژ و سری فوریه در درونیابی میدان جابجایی داخل سطح ورق، می پردازیم و نهایتاً به ارائه یک میدان جابجایی هوکین مناسب برای کنترل رفتار بعد از کمانش صفحات مدور، پرداخته می شود. لازم به ذکر است در ورق با سوراخ خارج از مرکز به علت عدم تقارن در هندسه، نیازمند حل داخل سطح برای بدست آوردن توزیع تنش در ورق است که این امر منجر به قید گذاری در داخل سطح ورق و انتگرال گیری مرزی می شود که در ادامه به طور مفصل به آن اشاره خواهد شد. هرچند محور اصلی در این پایان نامه در مورد بررسی رفتار پس از کمانش صفحات می باشد، ولی به دلیل نیاز روند تحلیل غیر خطی، ملزم به تحلیل پایداری است به همین خاطر فرمولبندی مسئله به گونه ای است که قادر به تحلیل ورق در حالات کمانش و استاتیکی نیز می باشد؛ که در این خصوص نتایج متعددی ارائه شده است.

در این پایان نامه به تحلیل رفتار بعد از کمانش ورقهای مدور همگن، با شرایط مرزی خارج سطح مفصلی وگیردار، تحت اثر بارگذاریهای متقارن و نامتقارن با استفاده از روش ریلی- ریتز پرداخته شده است.