انجمن مهندسی ساخت و تولید ایرانمهندسی ساخت و تولید ایران2476-504X71220210219Experimental study on manufacturing of bi-metal sandwiches with aluminum foam core and copper layers using friction stir weldingمطالعه تجربی ساخت ساندویچ فلزی دوجنسی با هسته فوم آلومینیومی و رویه مسی با استفاده از جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی19129685FAمحسندرودگرگروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایرانسیدمحمدحسینسیدکاشیدانشیار مهندسی مکانیک/دانشگاه بیرجند0000-0002-1544-0733موسیساجدگروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز ، ایران0000-0003-1439-1279Journal Article20200725Metal sandwiches are a new class of ultra-lightweight materials made from a porous metal core and two outer metal plates. High strength and high energy absorption capacity, resistance to heat, and also fast and inexpensive recyclability make these materials ideal for use in many industries including automotive, aerospace, oil, energy and construction industries. Considering the advantages of friction stir welding, the connection of these plates using this welding technology can be used industries for welding of bimetal sandwiches. In this research, feasibility of using frictional stir welding to prepare metal sandwiches with a core of aluminum foams and copper covers was investigated. The investigated parameters were tool rotational speed, in three levels of 2000, 2500 and 3000 rpm, and tilt angle in two levels of 5 and 7 degree. The cross-sections of the joints were investigated for weld quality which confirmed a successful joining. Tensile tests were carried out to evaluate the joint strength. It was concluded that the effect of tool rotational speed on the weld strength is much higher than the effect of tilt angle and has a reverse relation with tensile strength. The best strength which was 18.8 MPa was obtained with a tool rotational speed of 2000 rpm and a tilt angle of 5 degree.ساندویچهای فوم فلزی دستهای از مواد فوق سبک هستند که از یک هسته متخلخل فلزی و دو صفحه فلزی بیرونی ساخته میشوند. نسبت استحکام به چگالی و ظرفیت جذب انرژی بالا، مقاومت در برابر حرارت و قابلیت بازیافت سریع و ارزان، کاربرد این مواد را در بسیاری از صنایع از جمله خودروسازی، هوافضا، نفت و انرژی و ساختمان، ایدهآل کرده است. با توجه به مزیتهای جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، اتصال صفحات این پنلها از طریق این نوع جوشکاری میتواند بهخصوص در مواردی که نیاز به اتصال آلیاژهای غیرهمجنس وجود دارد، به کار گرفته شود. در این پژوهش، امکانسنجی تولید ساندویچ فلزی با هسته فوم آلومینیوم و دو لایه ورق مسی در دو طرف آن با استفاده از جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی مورد مطالعه قرار گرفت. پارامترهای مورد مطالعه، سرعت دورانی ابزار در مقادیر 2000، 2500 و 3000 دور بر دقیقه و همچنین زاویه انحراف ابزار در مقادیر 5 و 7 درجه انتخاب شد. مقاطع جوش به منظور ارزیابی کیفیت جوش مورد مطالعه قرار گرفت که بیانگر موفقیت روش مورد استفاده در تولید ساندویچ فلزی است. به منظور ارزیابی استحکام اتصالات از آزمون کشش استفاده شد. نتایج بیانگر این است که تأثیر سرعت دورانی بر استحکام جوش بسیار بیشتر از زاویه انحراف ابزار میباشد و با استحکام کششی نسبت معکوس دارد. بیشترین استحکام کششی مربوط به نمونه جوشکاری شده با سرعت دورانی ابزار 2000 دور بر دقیقه و زاویه انحراف ابزار 5 درجه با مقدار18.8 مگاپاسکال است.https://www.iranjme.ir/article_129685_7166c77ba655eacbc25ecbd2855fd779.pdfانجمن مهندسی ساخت و تولید ایرانمهندسی ساخت و تولید ایران2476-504X71220210219The effect of the die geometry on the joint strength of Al 3105 aluminum sheets joined by the clinching processاثر هندسه قالب در استحکام اتصال ورقهای آلومینیوم 3105 متصل شده با فرایند کلینچینگ1023129686FAمحمدحسینمیرزائیدانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بینالمللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایرانعلیفضلیدانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بینالمللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران0000-0003-0522-8103پرویزاسدیگروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بینالمللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران0000-0003-3602-4082مهدیسلطان پورگروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بینالمللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایرانJournal Article20200815In this paper, the effect of the die geometry on the joint strength of the clinching process is investigated. The AA3105 aluminum sheets are joined using different die geometries. After determining the suitable range of the joining load (25-32kN), the effect of the die geometry on the joint strength is considered, using shear and peel tests. The results indicate that the die geometry and punch penetration depth are the most important parameters affecting the joint mechanical interlock and neck thickness. In the range of proper mechanical joint, the die geometry has a great effect on the strength and geometry of the joint, while the effect of clinching load is negligible. The investigated punch diameters were 4, 4.5, and 5mm, where the optimum punch diameter was 5 mm. At the diameters higher than the optimum value, due to the low clearance between the punch and die, the neck thickness is reduced, leading to the joint failure. However, at the diameters lower than the optimum value, due to the higher clearance, the material flows easily from the bottom side, leading to a weakness in the mechanical interlock and joint strength. Although a negligible effect of clinching force on the joint strength, its effect on the joint energy absorption capacity is meaningful. As the joint energy absorption capacity will be the highest at an optimum clinching load. The highest joint strength was achieved at the punch diameter and clinching force of 5mm and 30kN, which resulted in the joint shear strength of 1355N.مقاله حاضر اثر هندسه قالب در فرآیند کلینچینگ را بر استحکام اتصالات ایجاد شده را بررسی کرده است. ورقهایی از جنس آلومینیوم Al3105 با قالبهایی با هندسه مختلف به هم متصل شدهاند. پس از تعیین محدوده نیروی مناسب برای ایجاد اتصال(25 تا 32 کیلونیوتن) ، اثر هندسه قالب بر استحکام اتصال با آزمونهای برش و جدایش بررسی شده است. نتایج نشان میدهد که هندسه قالب و عمق نفوذ سنبه عوامل اصلی در تعیین میزان قفل مکانیکی و ضخامت گلویی هستند. در محدودهای که اتصال مکانیکی مناسبی بین دو ورق ایجاد می شود، هندسه قالب اثر قابل توجهی بر روی استحکام و هندسه اتصال دارد، اما تاثیر نیروی کلینچ ناچیز است. قطر سنبههای مورد بررسی 4، 5/4 و 5 میلیمتر بوده است که قطر سنبه 5 میلیمتر مقدار بهینه میباشد. در قطرهای بالاتر از مقدار بهینه، به دلیل کاهش اختلاف قطرهای سنبه و ماتریس، ضخامت گلویی ورق بالایی کاهش یافته و منجر به ایجاد پارگی در اتصال میشود. از سوی دیگر در قطر سنبه کمتر از مقدار بهینه، به علت لقی بالا، خروج ماده از منطقه کف سنبه راحتتر بوده، در نتیجه مقدار قفل مکانیکی و استحکام اتصال کمتر میشود. با وجود تاثیر ناچیز نیروی کلینچ بر روی استحکام اتصال، اثر آن بر روی ظرفیت جذب انرژی اتصال قابل ملاحظه است، به گونه ای که در یک نیروی کلینچ بهینه، ظرفیت جذب انرژی اتصال حداکثر خواهد بود. بالاترین استحکام اتصال توسط سنبه 5 میلیمتری و با اعمال نیروی کلینچ 30 کیلونیوتنی بدست آمد که استحکام برشی آن 1355 نیوتن بوده است.https://www.iranjme.ir/article_129686_9097048da5fab14a10e7bc87db005127.pdfانجمن مهندسی ساخت و تولید ایرانمهندسی ساخت و تولید ایران2476-504X71220210219Design and Simulation of Magneto-Rheological (MR) Fluid Damper and
Experimental Study of its Effect on Tool Vibrations in Cut-off Operationطراحی و شبیه سازی میراکننده سیال مغناطیسی و بررسی تجربی تأثیر آن بر ارتعاشات ابزار در عملیات برش2436129687FAمحسنامامیگروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه صنعتی خاتم الانبیاء بهبهان. بهبهان، ایران.وحیدحسن نسبکارشناس ارشد مهندسی ساخت و تولیدJournal Article20200608Chatter vibration is one of the undesirable phenomena in machining processes. The chatter in metal cutting typically causes severe noise, reduced workpiece surface quality, reduced tool life, and a significant reduction in machining efficiency. Therefore, developing suitable methods that increase stability and improve cutting performance is necessary to control tool vibrations in machining processes. Magneto-Rheological (MR) fluid damper is among the equipment developed to dissipate vibration energy in various industries and has the potential to be used in machining processes. In this study, an MR fluid damper containing Fe2O3 nanoparticles is designed and fabricated to dampen the chatter vibrations during the cut-off turning process. The fabricated damper is then experimentally tested in the cut-off turning operation of steel work samples. In the empirical experiments of this research, the tool vibration in damped and non-damped modes is evaluated and compared through measuring the tool acceleration signals. The obtained results show that by using the MR fluid damper, the tool vibrations are significantly reduced, especially in the case of chatter occurrence.ارتعاشات چتر یکی از پدیده های نامطلوب در فرآیندهای ماشینکاری به شمار می آید. وقوع چتر در براده برداری معمولاً سبب ایجاد سر و صدای شدید، کاهش کیفیت سطح قطعه کار، کاهش عمر ابزار، و کاهش قابل ملاحظه در راندمان ماشینکاری می گردد. از این رو توسعه روش های مناسب که باعث افزایش پایداری و همچنین بهبود عملکرد برش شود جهت کاهش ارتعاشات ابزار در فرآیندهای ماشینکاری ضروری است. میراکننده های سیال مغناطیسی از جمله تجهیزاتی هستند که با هدف استهلاک انرژی ارتعاشات در صنایع مختلف توسعه داده شده اند و توانایی بالقوه ای جهت بکارگیری در فرآیندهای ماشینکاری دارند. در این پژوهش، یک میراکننده سیال مغناطیسی حاوی نانوذرات Fe2O3 به منظور میراکردن ارتعاشات چتر در عملیات برشکاری، طراحی و ساخته می شود. سپس میراکننده ساخته شده به طور تجربی در عملیات برشکاری نمونه قطعه کارهای فولادی، تست می گردد. در آزمایش های تجربی این پژوهش، ارتعاشات ابزار در حالت های با میراکننده و بدون میراکننده، با اندازه گیری سیگنال شتاب ابزار ارزیابی و مقایسه می شود. نتایج بدست آمده نشان می دهد که با استفاده از میراکننده سیال مغناطیسی، ارتعاشات ابزار به ویژه در حالت های وقوع چتر به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.https://www.iranjme.ir/article_129687_586d4f02865a4b819165fdef019b7e0c.pdfانجمن مهندسی ساخت و تولید ایرانمهندسی ساخت و تولید ایران2476-504X71220210219Investigating the effect of build orientation on surface roughness and build time using Fused Deposition Modellingبررسی اثر جهت ساخت بر کیفیت سطح و زمان ساخت در فناوری مدل سازی رسوب ذوب شده3753129688FAمحمدجوادهوشمندفارغ التحصیل کارشناسی ارشد دانشگاه صنعتی امیرکبیر0000-0002-1022-1750سعیدمنصوردانشکده مهندسی صنایع و مدیریت سیستم ها، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایرانJournal Article20200701The advancement of AM technologies has resulted in producing parts of high quality and reduced manufacturing time. The purpose of this study is to simultaneously optimize the values of two response variables, build time and surface roughness. In order to achieve the best values for build orientation and other process parameters including raster width, layer thickness, infill percentage, and raster angle, the effects of process parameters and response variables were adopted by the Design of Experiments approach to develop empirical models using Response Surface Methodology. The experimental parts of this research were conducted using an inexpensive and locally assembled FDM machine. Fifty runs for two different geometries, namely cylinder and 3DBenchy, were performed using the Rotatable Central Composite Design, and each process parameters was investigated in two levels in order to develop empirical models. Also, a novel optimization method, namely, the Posterior-Based method, was accomplished to find the best values for the response variables. The results demonstrated that not only build orientation and layer thickness have notable effects on both response variables but also build time is dependent on raster width and infill percentage. This study shows that through adopting the developed model by considering the process parameters, parts of high quality (improved surface finish) with reduced build time could be produced by FDM technology. Optimum process parameters found to be build direction of 0°, raster width of 0.61 mm, layer thickness of 0.22 mm, infill percentage of 20%, and raster angle of 0°.پیشرفتهایی که در فناوری ساخت افزودنی بهدستآمده، منجر به بهبود کیفیت سطح و زمان ساخت قطعات در این فناوری شده است. هدف این مقاله بهینهسازی همزمان دو متغیر پاسخ زمان ساخت و کیفیت سطح در فناوری مدلسازی رسوب ذوبشده میباشد. به همین منظور، برای یافتن بهترین مقادیر پارامترهای فرآیند که در این مقاله جهت ساخت به همراه پهنای مسیر، ضخامت لایه، درصد پرکردن و پهنای مسیر میباشد، از طراحی آزمایشها و رویکرد روششناسی سطح پاسخ استفاده گردید. 50 آزمایش برای دو شکل استوانه و قطعهای پیچیدهتر به نام تریدی بنچی با استفاده از طراحی مرکب مرکزی چرخشی انجام شد. هرکدام از پارامترهای فرآیند در دو سطح مورد بررسی قرار گرفتند که روش بهینهسازی نوینی به نام روش مبتنی بر پسآیند استفاده شد تا مقادیر بهینه برای متغیرهای پاسخ حاصل شوند. نتایج نشان داد که نه تنها جهت ساخت و ضخامت لایه بر روی هر دو متغیر پاسخ اثر زیادی دارند بلکه زمان ساخت به پارامترهای پهنای مسیر و درصد پرکردن نیز وابسته است. این مطالعه نشان داد که مقادیر بهینه حاصل شده برای پارامترهای فرآیند میتوانند منجر به ساخت قطعاتی در فناوری مدلسازی رسوب ذوبشده با کیفیتی بالا در کمترین زمان ساخت ممکن شوند که مقادیر بهینه بهدستآمده برابرند با جهت ساخت ˚0، پهنای مسیر 0.61 میلیمتر، ضخامت لایه 0.22 میلیمتر، درصد پرکردن 20% و زاویه مسیر ˚0.https://www.iranjme.ir/article_129688_898ae23f502c8bc6b295307c5886d326.pdfانجمن مهندسی ساخت و تولید ایرانمهندسی ساخت و تولید ایران2476-504X71220210219Topology Optimization Of Structures With Thermal And Mechanical Loadingبهینهسازی توپولوژیک سازه همراه با بارگذاری حرارتی و مکانیکی5463129689FAسروشمجیریکارشناس ارشد مهندسی مکانیک-دانشگاه یزدعلیرضاشفیعیدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد ، یزد، ایران0000-0003-3616-1634Journal Article20200607In this study, capabilities, performance, and limits of a new design field named topology optimization were investigated. Case studies under different loads and boundary conditions were evaluated. The case studies were selected by the purpose of illustration of the capabilities of topology optimization. In order to analyze the case studies with more complexity such as cantilever beam, both end fixed beam, dome shape under static and thermal loading, Optimization algorithms were used in the ANSYS software. Results showed reduced volume in final models are 66.29%, 52.88%, 50.054%, respectively. The mean value of stress in the Cantilever beam,both end beam and dome shape was increased 88, 800 and 6 Mpa, respectively. Also, the displacement level was increased 0.0001, 0.006 and 0.002 mm, respectively. In order to reveal the unexpected challenges and evaluation of optimized models, due to the presence of cavities in the body, Dome Shape model was selected and produced by additive manufacturing (FDM method). Results indicated that the output product has good dimensional accuracy and surface smoothness. By creating support structures that manually selected numbers and locations, 3D cavities were formed with good accuracy, indicate that there is a high potential for manufacturability of complex design parts without classical methods.در دنیای جدید با توجه به هزینههای ناشی از تولید و رویکرد جامعهی صنعتی در سبک و کوچکتر ساختن سازهها و قطعات مکانیکی، احساس نیاز به تحولی عظیم در تغییر رویکرد طراحان به مقوله طراحی شدت یافته است. در این پژوهش به بررسی قابلیتها، میزان کارایی و محدودیتهای شاخهای جدید از علم طراحی به نام بهینهسازی توپولوژیک پرداخته شد. معیار انتخاب مسائل، تلاش در جهت هرچه بهتر نشان دادن قابلیتهای بهینهسازی توپولوژیک بوده است. بهمنظور ارزیابی مسائل پیچیده از الگوریتمهای بهینهسازی در محدوده نرمافزار انسیس بهره گرفته شد که ازجمله این مسائل میتوان به تیر یکسر گیردار تحت بارگذاری استاتیکی، تیر دوسرگیردار تحت بارگذاری استاتیکی و حرارتی، هندسه گنبدی شکل تحت بارگذاری استاتیکی و حرارتی اشاره کرد. نتایج نشان داد حجم کاسته شده در مدلهای نهایی به ترتیب برابر 66.29%، 52.88 %، 50.054% است که این امر طبیعتاً مقداری افزایش در تنش و جابجایی مدل نهایی داشته است که طراح با توجه به محدودیتهای حاکم بر مسئله حقیقی میتواند آنها را تنظیم کند. نتایج نشان داد که مقدار میانگین تنش در نمونههای تیر یکسر گیردار، تیر دوسرگیردار و هندسه گنبدی شکل به ترتیب 88، 800 و 6 مگاپاسکال افزایش یافته است. همچنین میانگین میزان جابجایی در این نمونهها به ترتیب 0.0001، 0.006 و 0.002میلیمتر افزایش یافت. بهمنظور ارزیابی چالشهای پیشبینینشده و بررسی تولیدپذیری نمونههای بهینهشده، نمونه گنبدی شکل با توجه به وجود حفرههای سهبعدی در بدنه، انتخاب و با استفاده از فرایند ساخت افزایشی تولید شد. نتایج نشان داد که محصول خروجی از دقت مناسبی برخوردار است.https://www.iranjme.ir/article_129689_7fe787a73401db76be50eb0feb04ce12.pdfانجمن مهندسی ساخت و تولید ایرانمهندسی ساخت و تولید ایران2476-504X71220210219Fabrication and numerical analysis of glass fiber reinforced composite air manifold under vibration loadingساخت و تحلیل عددی منیفولد هوا کامپوزیتی تقویت شده با الیاف شیشه تحت بارگذاری ارتعاشی6475129690FAمحمد علیمشهدی جعفری سهیدانشگاه تربیت مدرس ، تهران، ایرانامینفرخ آبادیدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس0000-0002-4531-501XJournal Article20200703The purpose of this article is to remove one of the limitations of manufacturing and production of industrial specimens, which is employing a thermoset polymer-based composite as an alternative material in the construction of a motorcycle part (air manifold). It should be noted that the existing parts are produced using polyamide materials reinforced along with glass fibers. The mentioned limitation means that there are not enough order circulations to start production, and therefore there is no financial ability to make steel molds for plastic injection, which is not the case in thermoset composites, and relatively complex parts can be molded with silicone molds. As a result, in this article the types of thermoset polymers were investigated and considering the mechanical and thermal properties required to production this part, Novolac Epoxy-based Vinyl Ester resin was selected and to strengthen the resin, various reinforcing additives suitable for properties of the manifold were investigated, which resulted in the selection of 3mm glass fibers needle in a weight ratio of 30%. By fabricating the test samples of the mentioned composite and extracting the desired properties in the laboratory, the 3D model of the part was employed in Abaqus software and the composite properties were defined for the model. Then the operating conditions and manifold tests in Abaqus simulation and its results were evaluated. Finally, the air manifold was fabricated by the composite material and then analyzed experimentally. The test results showed that the selected composite will pass all the conditions.هدف از انجام این مقاله، حذف یکی از محدودیتهای تولید قطعات صنعتی با بکارگیری کامپوزیت پایه پلیمری گرماسخت بعنوان یک ماده جایگزین در ساخت قطعهای از موتورسیکلت (منیفولد هوا) می باشد. لازم به ذکر است نمونههای در حال استفاده از مواد پلی آمیدی تقویت شده با الیاف شیشه میباشند. منظور از محدودیت مذکور به حد نصاب نرسیدن تیراژ تولید و به طبع آن عدم توانایی مالی در ساخت قالبهای فولادی جهت تزریق پلاستیک میباشد که در کامپوزیتهای گرماسخت این محدودیت وجود ندارد و میتوان قطعات به نسبت پیچیده را با قالب سیلیکونی تولید کرد. در همین راستا در این مقاله به بررسی پلیمرهای گرماسخت پرداخته شد و با در نظرگیری خواص مکانیکی و حرارتی مورد نیاز جهت ساخت این قطعه، رزین وینیل استر بر پایه اپوکسی نووالاک انتخاب گردید و در ادامه برای تقویت ماتریس منتخب، به بررسی تقویت کنندههای متناسب با خواص قطعه مورد نظر پرداخته که نتیجه آن انتخاب الیاف سوزنی شیشه 3میلیمتر به نسبت وزنی 30% است. پس از ساخت نمونههای دمبلی شکل این کامپوزیت و استخراج خواص مورد نظر از آنها در آزمایشگاه، مدل سهبعدی قطعه در نرمافزار آباکوس وارد شده و خواص کامپوزیت برای مدل تعریف گردید. سپس شرایط کارکرد و آزمونهای منیفولد در آباکوس شبیهسازی و نتایج آن بررسی شد. در انتها منیفولد هوا با کامپوزیت منتخب ساخته و به تحلیل تجربی آن پرداخته شد. نتایج آزمون نشان داد که این کامپوزیت تمامی شرایط را ارضا خواهد کرد.https://www.iranjme.ir/article_129690_68ed797b8372d94e15f9cce7ff19a2dc.pdf