طراحی و شبیه سازیِ تفنگ گازی برای متراکم سازی پودر

در این پژوهش یک تفنگ گازی برای متراکم سازی دینامیکی پودر طراحی شده است. یکی از مزیت های متراکم سازی دینامیکی در مقایسه با استاتیکی، جوش سرد در بین ذرات می باشد. این طراحی دارای دو بخش است. در قسمت اول تفنگ گازی از دیدگاه مکانیک سیالات طراحی و شبیه سازی شده است. در قسمت دوم، بر اساس مفاهیم مکانیک جامدات اجزای دستگاه طراحی شده است. شبیه سازی های عددی با استفاده از یک تفنگ گازی کوچک، که در آزمایشگاه مقاومت مصالح دانشگاه بوعلی سینا موجود می باشد، اعتبارسنجی شده است. این تفنگ گازی طوری طراحی شده است که بتواند پرتابه هایی با سرعت های گوناگون برای متراکم سازی مواد مختلف را پرتاب کند. برای شبیه سازی عددی، از نرم افزار autodyn استفاده شده است. شبیه سازی ها با استفاده از المان های اویلری و لاگرانژی جفت شده انجام گرفته است. تأثیر عوامل مختلف بر کارایی تفنگ گازی مانند شکل و حجم مخزن، فشار ترکیدگی دیافراگم، لقی بین سابوت و لوله و همچنین اصطکاک آن مورد بررسی قرار گرفته است. تفنگ طراحی شده در این کار، یک تفنگ یک مرحله ای است که طول لوله آن 4 متر و حجم مخزن آن 5/2 لیتر می باشد. قطر داخلی لوله، 10 سانتی متر در نظر گرفته شده است. اگر گاز عامل هوا در نظر گرفته شود، تفنگ گازی توانایی شلیک پرتابه 5 کیلوگرمی با سرعت 200 متر بر ثانیه را دارد. استفاده از گازهای سبک، مانند هلیم، سرعت شلیک را حداقل 50% افزایش می دهد. پرتابه ای با این جرم و سرعت، تنش هایی در مقیاس گیگاپاسگال می تواند در پودر آلومینیوم ایجاد کند. این تنش می تواند ماده از قبل متراکم شده را، به 98% چگالی تئوری برساند. یک آزمایش برای تشخیص جوش سرد در بین اجزای پودر با موفقیت انجام شد، که در آن از یک پرتابه 1 کیلوگرمی با سرعت 60 متر بر ثانیه استفاده شد. این تفنگ گازی هم اکنون در آزمایشگاه مقاومت مصالح دانشگاه بوعلی سینا در حال ساخت می باشد.