آرمان حسنی

تنشهای پسماند در اتصالات جوشکاری شده میتوانند اثرات نامطلوبی بر مقاومت قطعات و ابزارهای مکانیکی در برابر بارهای دینامیکی داشته باشند. از این رو، برای حذف و یا کاهش این تنشها روشهای مختلفی توسط پژوهشگران پیشنهاد شده و مورد بررسی قرار گرفته اند. یکی از روشهایی که در سال های اخیر مورد توجه قرار گرفته است، روش اعمال میدان های مغناطیسی متناوب است. در این روش میتوان با کمک میدان های مغناطیسی متناوب، ناحیه خاصی از قطعه و یا سازه را تحت بارهای دینامکی و الکتریکی متناوب قرار داد و در آن تنش های دینامیکی و بار حرارتی القا نمود. چنانکه فرکانس تغییر میدان به فرکانس طبیعی سازه نزدیک باشد، می تواند با وجود کوچک بودن نیروهای القایی، باعث ایجاد تشدید شده و با رساندن تنش های پسماند به حد تسلیم، تنش های پسماند را کاهش دهد. همچنین گرمای القایی در این فرایند نیز می تواند بر روی نتایج بدست آمده تاثیر گذار باشد. به این ترتیب، با استفاده از ابزارهای ارزان قیمت و در دسترس، میتوان تنش زدایی را در زمانی کوتاه و بدون جابجایی قطعات و سازه ها انجام داد. در این پایان نامه تاثیر فرایند تنش زدایی الکترومغناطیسی بر ریزساختار و خواص مکانیکی یک قطعه فولادی مورد توجه قرار گرفته است. به این منظور یک قطعه جوشکاری شده از ورق فولادی که دارای هندسه مشخص و از آلیاژ 430 است، تحت بارگذاری مغناطیسی متناوب قرار گرفته و تغییرات تنش پسماند در آن مطالعه شده است. برای این کار، ابتدا دو قطعه مشابه در کوره الکتریکی آنیل شده و سپس به روش الکترود دستی جوشکاری شدند. یکی از قطعات فولادی تحت میدان مغناطیسی متناوب تنش زدایی گردید و دیگری به عنوان قطعه دارای تنش پسماند نگه داشته شد. برای تولید میدان مغناطیسی از یک سیم پیچ با هسته U شکل استفاده شد. فرکانس نوسان میدان مغناطیسی القایی برابر نصف و یک برابر فرکانس طبیعی ارتعاشات طولی قطعه انتخاب گردید و جهت اعمال میدان عمود بر خط جوش بود. پس از این عملیات، از هر دو قطعه تنش زدایی شده )نمونه آزمون( و تنش زدایی نشده )نمونه شاهد( یک نمونه به فاصله 1 سانتی متری از خط جوش برش داده شد و آنالیز پراش اشعه ایکس بر روی آنها انجام گردید. تحلیل نتایج آزمون پراش اشعه ایکس با روش ریتولد، و مدل انتخابی در تحلیل، مدل ویلیامسون_هال بود. نتایج به دست آمده نشان می دهند تنش پسماند در نمونه آزمون به میزان 09 / 46 % نسبت به نمونه شاهد کاهش یافته است. بر اساس تحلیل های انجام شده، این عملیات باعث توزیع یکنواختتر و کاهش چگالی نابجاییها، و همچنین کاهش احتمال نقص در چیدمان در قطعه فولادی شده است، در مقابل موجب افزایش دوقلویی ها شده است. با در نظر گرفتن همه این موارد، می توان تاثیر میدان مغناطیسی متناوب بر بهبود خصوصیات مکانیکی و ریز ساختاری قطعه فولادی را مثبت ارزیابی کرد.

در دنیای صنعتی امروز، برای ارتقا خواص مکانیکی فلزات روش‌ها و تکنیک‌‌های متفاوتی استفاده می شود. یکی از این روش‌ها که تاثیر مستقیم بر اندازه ریز دانه ها دارد اکستروژن می باشد. در این روش که روشی برای تولید مواد با خواص مکانیکی و فیزیکی بهبود یافته می باشد تغییر شکل پلاستیک شدید در نمونه ایجاد شده و این سبب می شود اندازه دانه ها کوچکتر شود که خود سبب افزایش مقاومت ماده خواهد شد. یکی از روش ‌های اکستروژن، اکستروژن با کانال ‌های جانبی زاویه دار برابر می باشد. یکی از مهم ترین معایب این روش ها این است که در آن خواص همسانگردی ماده اولیه تا حد زیادی از بین می رود و ماده ناهمسانگرد می شود. در این پژوهش با طراحی و ساخت قالب مناسب برای عملیات اکستروژن و انجام اکستروژن آلیاژ آلومینیوم با استفاده از تست سختی میکرو هاردنس سختی نمونه در جهات مختلف بررسی شده است. تغییرات سختی در سطح نمونه می تواند تا حد زیادی ناهمسانگردی و میزان آن و تغییرات جهتی آن را مشخص نماید. در این پژوهش داده ‌های آزمایشی کافی و مناسب برای یک نتیجه گیری مطلوب استخراج شده است.

در دنیای صنعتی امروز، برای ارتقا خواص مکانیکی فلزات روش ها و تکنیک های متفاوتی استفاده می شود. یکی از این روش ها که تاثیر مستقیم بر اندازه ریز دانه ها دارد اکستروژن می باشد. در این روش که روشی برای تولید مواد با خواص مکانیکی و فیزیکی بهبود یافته می باشد تغییر شکل پلاستیک شدید در نمونه ایجاد شده و این سبب می شود اندازه دانه ها کوچکتر شود که خود سبب افزایش مقاومت ماده خواهد شد. یکی از روش ‌های اکستروژن، اکستروژن با کانال ‌های جانبی زاویه دار برابر می باشد. یکی از مهم ترین معایب این روش ها این است که در آن خواص همسانگردی ماده اولیه تا حد زیادی از بین می رود و ماده ناهمسانگرد می شود. در این پژوهش با طراحی و ساخت قالب مناسب برای عملیات اکستروژن و انجام اکستروژن آلیاژ آلومینیوم با استفاده از تست سختی میکرو هاردنس سختی نمونه در جهات مختلف بررسی شده است. تغییرات سختی در سطح نمونه می تواند تا حد زیادی ناهمسانگردی و میزان آن و تغییرات جهتی آن را مشخص نماید. در این پژوهش داده ‌های آزمایشی کافی و مناسب برای یک نتیجه گیری مطلوب استخراج شده است.

در این پایان نامه تاثیرات اصطکاک بر روی پدیده اکستروژن در حالت اکستروژن در کانال های برابر جانبی مورد بررسی قرار گرفته است. شرایط اصطکاکی کانال سمت راست و چپ با یکدیگر متفاوت می باشد. آزمایش اکستروژن با استفاده از نمونه آلمینیومی انجام شد و خطوط جریان در نمونه با استفاده از ایجاد شیار و قرار گیری سیم مسی مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از نقطه یابی بر روی خطوط جریان بعد از عملیات اکستروژن و استفاده از رابطه جدید خطوط جریان پارامترهای مهم مرتبط با آن استخراج شدند. استخراج پارامترهای جریان با استفاده از برنامه متلب و پوش منحنی انجام شد. در نهایت تاثیر اصطکاک در کانال ها با مقایسه پارامترها مورد بررسی و تحلیلی قرار گرفت. پارامترهای خط جریان در هر دو کانال استخراج و مقایسه شدند. نتیجه به دست آمده نشان می دهد در کانالی که در آن از روانکار استاندارد استفاده شده است به دلیل وجود ضریب اصطکاک کمتر کرنش تجمیعی کمتری نیز به دست آمده است. در کانالی که از گریس معمولی در آن استفاده شده است گرچه کرنش تجمیعی مقداری بزرگتر از کانال دیگر می باشد اما تغییرات پارامتر ها و در نتیجه خواص در آن از یک نظم مشخص تبعیت نمی کند و به نظر می رسد شکل ظاهری نمونه و نیز خواص همگن در آن بر قرار نیست.

During the past two decades, severe plastic deformation (SPD) has attracted increasing attention from the research community due to the potential to fabricate bulk nanostructures and ultrafine-grained materials. The equal channel angular pressing (ECAP) is used as one of the most effective methods for severe plastic deformation. However, non-equal-channel angular pressing (NECAP) was developed to enhance the efficiency compared to ECAP by achieving higher strain in one pass rather than many passes of sequential ECAP. In this study, the effect of the NECAP process and peak-aging heat treatment on the hardness, and corrosion resistance of the 6061-aluminum alloy sample was investigated. The corrosion behavior of samples was investigated using electrochemical analysis methods including electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and potentiodynamic polarization and performed at room temperature for each sample in a solution containing 3.5 % NaCl. it was observed that the hardness increased after NECAP process by 92% for annealed samples and 18% for peak-aged samples. The resistance against corrosion increased after the NECAP process by 344% for annealed samples and 382% for peak-aged samples. The effect of the NECAP process on the hardness and corrosion resistance of Annealed samples was more than in peak-aged samples.

در پژوهش پیش رو اثر ناهمواری کف قالب در فرآیند ECAP بررسی شده است. نمونه مورد استفاده از جنس آلومینیوم 1100 بوده که فرآیند تغییر فرم آن در دو حالت با کف ناهموار و کف هموار شده انجام گردید. خطوط سیلان بدست آمده در هر دو حالت توسط مدل خطوط سیلان تحلیل و پارامترهای مربوطه و همچنین کرنش تجمعی وان مایسز برای هر کدام از خطوط مذکور بدست آمد و نتایج حاصله برای هر دو حالت مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد که وجود ناهمواری در کف قالب تاثیر چندانی بر کرنش اعمالی بر خطوط سیلان نزدیک به کنج داخلی قالب نداشته اما با دور شدن از این ناحیه و حرکت به سمت کنج خارجی موجب کاهش چشمگیر در کرنش اعمال شده میگردد. با این حال این امر باعث کاهش اختلاف کرنش بین دو گوشۀ قالب شده به گونه ای که توزیع کرنش بسیار یکنواخت تری در نمونه حاصل میگردد. همچنین ناهمواری در کف قالب موجب گسترش ناحیۀ تغییر فرم پلاستیک در فرآیند ECAP می گردد.

روش های مختلفی جهت تولید مواد با ساختار ریز دانه، مورد استفاده قرار می گیرد که مبنای بسیاری از آنها بر تغییر فرم های شدید استوار می باشند.در این نوع فرآیند ها با توجه به اعمال تنش های بسیار بالا مواد تحت کرنش های پلاستیک بالا قرار می گیرند و موجب تغییرات در ساختار کریستالی مواد و به ویژه فلزات با توانایی کرنش پذیری بالا می گردد.یکی از تکنیک های موثر در این زمینه ها اکستروژن انبساطی متناوب تحت شرایط کرنش صفحه ای نامتقارن می باشد. اکستروژن انبساطی به عنوان جایگزین برای روش معروف اکستروژن انقباضی متناوب معرفی شد. در کار حاضر تغییر فرم آلیاژ آلومینیوم 1050 توسط این فرآیند تحت کرنش صفحه ای نامتقارن به صورت تجربی برای دو پاس مورد بررسی قرار گرفته است. در پاس دوم نمونه بدون چرخش حول محور اصلی آن تغییر فرم داده شده و پس از انجام تغییر فرم نمونه ها به روش میکرو سختی سنجی ویکرز مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج تست سختی سنجی در پاس اول و دوم را مورد مقایسه قرار دادیم و نتایج حاصل از این مقایسه این بود که ماده در پاس دوم اکستروژن دچار افزایش سختی نسبت به پاس اول در بعضی نقاط شده که به صورت کامل بررسی نموده ایم و این افزایش در بعضی نقاط بسیار چشمگیر می باشد. سپس آزمایش خود را با نمونه ی آزمایش شده ی حالت متقارن مورد بررسی قرار می دهیم.

تنش پسماند تنشی است که بر اثر انجام عملیات خاصی در جسم باقی میماند و در حالیکه جسم تحت بارگذاری خارجی نیست نیز وجود دارد .مهمترین دلایل بوجود آمدن تنش پسماند را میتوان از دیدگاه منشا حرارتی، مکانیکی و تغییر فاز بررسی نمود. برای از بین بردن تنش پسماند موجود در قطعات متداول ترین روش مورد استفاده تنش زدایی حرارتی می باشد، اما این روش دارای محدویت هایی نیز می باشد. روشی که اخیرا مورد توجه محققان قرار گرفته، روش تنش زدایی ارتعاشی است که خود نیز دارای معایبی است، چرا که در این روش کل سطح قطعه تحت تاثیر نیروی ارتعاشی قرار می گیرد که ممکن است سبب شکست در قطعه شود، لذا توان تنش زدایی به صورت موضعی در این روش موجود نمی باشد . در این پایان نامه آزادسازی تنش های پسماند فرآیند جوشکاری به وسیله ی تنش القا شده توسط یک میدان مغناطیسی متغیر به صورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفته است. برای این کار ابتدا تجهیزات لازم برای این مطالعه ساخته شد. به این منظور یک سیم پیچ کوچک با هسته آهنی تهیه گردید و برای ایجاد جریان نوسانی در سیم پیچ یک مدار الکتریکی ساخته شد که با استفاده از یک سویچ الکترونیکی فرکانس بالا که در مسیر یک جریان مستقیم قرار گرفته است، یک موج متناوب مستطیلی را ایجاد می نماید . برای اندازه گیری تنش های القایی نیز یک دستگاه تست کشش که دارای یک لود سل در یکی از فک های خود است ساخته شد تا نیروی کششی در نمونه تحت تحریک را اندازه گیری و با استفاده از یک دیتالاگر به کامپیوتر منتقل نماید. نتایج به دست آمده نشان می دهند که در فرکانس های نزدیک فرکانس طبیعی طولی قطعه و یا زیر هارمونی های آن می توان قطعه را به تشدید رساند (چون پالس مستطیلی تناوب می تواند سوپر هارمونی های خود را نیز تحریک کند) و در این حالت تنش های طولی در مرتبه 50 مگاپاسکال در قطعه القا می شد. با ارتقای تجهیزات الکتریکی تهیه شده این امکان وجود دارد که تنش های القایی تا چندین برابر نیز افزایش داده شوند . نتایج به دست آمده همچنان نشان می دهند در فرکانس های بسیار پایین که تقریبا معادل تحریک استاتیک می باشند، تنش های القایی بسیار کوچک می باشند و برای افزایش تنش القایی در این فرکانس ها باید از میدان مغناطیسی بسیار قویتر استفاده کرد که می تواند پیچیدگی های بسیار زیادی را در عمل ایجاد نماید. با توجه به نتایج تجربی و شبیه سازی های انجام شده در مطالعات قبلی، بیشترین تنش پسماند فرآیند جوشکاری از نوع طولی و در راستای عمود بر خط جوش می باشد که اندازه ی آن در حدود نصف تنش تسلیم قطعه می باشد. بنابراین تنش های القایی باید دارای اندازه ای بیش از نصف تنش تسلیم باشند تا بتوانند در دمای اتاق منجر به آزادسازی تنش پسماند شوند . با توجه به نتایج تجربی این پایان نامه، این کار با استفاده از تنش های دینامیکی القایی کاملا امکان پذیر و در دسترس می باشد و با تجهیزات بسیار ساده و ارزان قیمت می تواند انجام گیرد.

نمونه های آلومینیوم خالص تجاری در یک قالب اکستروژن زاویه دار با کانال های برابر (ECAE) ˚90 تحت تغییرشکل قرار گرفتند. جهت بررسی اثر تعداد پاس ها بر ناحیه تغییرفرم نمونه ها در دو پاس متفاوت متوالی تحت تغییر فرم قرار گرفتند. بدین منظور خطوطی بر روی نمونه ها حکاکی شده و جهت حفظ آنها در حین تغییر فرم خطوط مذکور با سیم های نازک مسی پر شدند. خطوط سیلان تغییرشکل یافته با استفاده از یک تابع سیلان مناسب ارائه شده برای اکستروژن زاویه دار با کانال های برابر و نابرابر تحلیل شدند. همچنین فرآیند ECAE موردنظر با استفاده از نرم افزار DEFORM شبیه سازی شد و خطوط سیلان شبیه سازی شده به همان روش مورد استفاده در آزمایش ها مورد تحلیل قرار گرفتند. انطباق خوبی بین شبیه سازی ها و آزمایش ها به دست آمد. نتایج آزمایشگاهی و شبیه سازی نشان دادند که ناحیه تغییرفرم با افزایش تعداد پاس های فرآیند ECAE متمرکزتر و محدودتر شده است. افزایش میزان انحنای خطوط سیلان نقش اساسی را در این موضوع ایفا می کند.

اکستروژن انبساطی متناوب، یکی از جدیدترین روش های تغییر شکل پلاستیک شدید می باشد. اکستروژن انبساطی متناوب به عنوان جایگزینی برای روش معروف اکستروژن انقباضی متناوب، معرفی شد. در کار حاضر، تغییر فرم آلیاژ آلومنیوم 1050 توسط این فرآیند تحت شرایط کرنش صفحه ای، بصورت تجربی و نیز آنالیز اجزاء محدود، توسط نرم افزار DEFORM برای دو پاس مورد بررسی قرار گرفت. در پاس دوم نمونه 90 درجه حول محور اصلی آن چرخش داده شده و پس از انجام تغییر فرم، نمونه ها به روش میکرو سختی سنجی ویکرز مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج سختی سنجی نمونۀ پاس دوم با نمونۀ پاس اول و نیز نمونۀ پاس دوم چرخش نیافته (به دست آمده در کارهای پیشین) مقایسه گردید. نتایج حاصله نشان داد که سختی نمونه در پاس اول از مرکز به سمت بیرون افزایش یافته است. در پاس دوم ضمن افزایش مقدار سختی نسبت به پاس اول، بر میزان همگنی در توزیع سختی نسبت به نمونۀ چرخش نیافته نیز افزوده شده است.

تحقیقات نشان داده که مواد با ساختار ریز در حد نانو خواص فوق العاده ای از خود نشان می دهند که جوابگوی نیاز های جدید صنعت می باشد. ازاین رو تلاش های زیادی برای تولید صنعتی و اقتصادی مواد ریز ساختار و نانو ساختار انجام گرفته است. اکستروژن انبساطی متناوب، یکی از جدیدترین روش های تغییر شکل پلاستیک شدید می باشد. اکستروژن انبساطی متناوب به عنوان جایگزینی برای روش معروف اکستروژن انقباضی متناوب، معرفی شد. در کار حاضر، تغییر فرم آلیاژ آلومنیوم 1050 توسط این فرآیند، بصورت تجربی و نیز آنالیز اجزاء محدود، توسط نرم افزار DEFORM برای دو پاس مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصله نشان داد که ضمن حفظ توزیع سختی همگن در مقطع نمونه، امکان اعمال مقادیر کرنش بالا در هر پاس از فرایند اکستروژن انبساطی متناوب وجود دارد.

تحقیقات صورت گرفته بر خواص مواد نشان داده است که مواد بسیار ریز دانه خواص فوق العاده ای از خود نشان می دهند و جوابگوی نیاز های جدید صنعت می باشند، لذا تلاش های زیادی برای تولید صنعتی و اقتصادی مواد ریز ساختار و نانو ساختار در حال انجام می باشد. اکستروژن انبساطی تناوبی، یکی از جدیدترین روش های تغییر شکل پلاستیک شدید می باشد؛ اکستروژن انبساطی تناوبی به عنوان جایگزینی برای روش معروف اکستروژن انقباضی تناوبی، معرفی شده است. در تحقیق حاضر، تاثیر روکش با استحکام بالاتر به نسبت نمونه اصلی، بر روی خواص مکانیکی نمونه حاصل از فرآیند اکستروژن انبساطی تناوبی، هم به صورت شبیه سازی نرم افزاری و هم به صورت عملی بررسی شده است. آلومینیوم خالص تجاری Al-1050 و نمونه های دوفلزی از جنس مس خالص و آلومینیوم خالص تجاری Al-1050 ، در دمای اتاق تحت یک پاس از فرایند اکستروژن انبساطی تناوبی آزمایش شدند. تاثیر روکش مس بر مقدار میانگین کرنش موثر، سختی ویکرز در مقیاس میکرو، همگنی کرنش، و توزیع کرنش در سطح مقطع نمونه و نسبت حجمی نمونه در ناحیه تغییر شکل بررسی شد. نتایج شبیه سازی موید تاثیر مطلوب روکش مس بر همگنی توریع کرنش در آلومینیوم مربوط به نمونه دوفلزی بود. همچنین، نتایج عملی نشان دهنده ی بهبود قابل توجهی در مقدار و همگنی سختی ویکرز در مقیاس میکرو نمونه دوفلزی، در قیاس با نمونه آلومینیوم خالص Al-1050 می باشد.

تحقیقات نشان داده که مواد با ساختار ریز در حد نانو خواص فوق العاده ای از خود نشان می دهند که جوابگوی نیاز های جدید صنعت می باشد ازاین رو تلاش های زیادی برای تولید صنعتی و اقتصادی مواد ریز ساختار و نانو ساختار در حال انجام می باشد. یکی از روش هایی که به این منظور در چند دهه اخیر ابداع شده روش اکستروژن در کانال های هم مقطع زاویه دار است، که اصول کار آن اعمال کرنش های برشی شدید به ماده است. اکستروژن زاویه دار با کانال های برابر (ECAE) به عنوان یکی از موثرترین روش ها در تغییر فرم های شدید (SPD) می باشد که به دلیل مزایای ممتاز آن در تولید مواد نانو ساختار در دهه های اخیر بسیار موردتوجه قرارگرفته است. یک نوع تغییر شکل یافته ی این فرآیند با نام اکستروژن زاویه دار با کانال های برابر پهلویی(DECLE) در سال های اخیر ارائه گردیده است. در کار حاضر تاثیر اصطکاک بر ناحیه تغییر فرم پلاستیک در این فرآیند با استفاده از روش اجزاء محدود بررسی شده است. در این راستا سه حالت بدون اصطکاک ، اصطکاک 0.05 و اصطکاک 0.1 با استفاده از نرم افزار دفرم شبیه سازی و پس ازآن با مدل خطوط سیلان مورد تحلیل قرارگرفته اند. از مطالعه ی پارامترهای مربوط به خطوط جریان، تحولات ناحیه تغییر فرم پلاستیک، شرایط ناپایداری، نرخ کرنش سیلان پلاستیک در حالات مختلف مورد بررسی قرار گرفته است.

اکستروژن زاویه دار با کانال های برابر به عنوان یکی از موثرترین روش ها در تغییرشکل شدید مومسان به دلیل مزایای ممتاز آن در تولید مواد نانوساختار در دهه های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. از دیگر تکنیک ها در زمینه ی تغییرشکل های شدید مومسان که اخیراً مورد توجه قرار گرفته است فرایند اکستروژن برشی ساده می باشد. به منظور مقایسه و بررسی خواص مکانیکی محصولات فرایند اکستروژن زاویه دار و اکستروژن برشی ساده، از روش سختی سنجی در مقیاس میکرو استفاده شده است. بدین منظور، نمونه هایی از جنس آلومینیوم خالص تجاری 1050 مورد استفاده قرار گرفت. نتایج آزمایش سختی سنجی میکرو، بهبود خواص مکانیکی ماده در هردو فرآیند اکستروژن را نشان می دهد. همچنین نشان می-دهد که مقادیر سختی ایجاد شده در هردو فرایند اکستروژن در کرنش های برابر تقریباً یکسان اند.

روش های مختلفی جهت تولید مواد با ساختار ریز دانه، مورد استفاده قرار می‎گیرد که مبنای بسیاری از آنها بر تغییر فرم های شدید استوار می باشند. در این فرایند‎ها با توجه به اعمال تنش‎های بسیار بالا مواد تحت کرنش‎های پلاستیک بالا قرار می‎گیرند و موجب تغییرات در ساختار کریستالی مواد و به ویژه فلزات با توانایی کرنش پذیری بالا می‎گردد. یکی از تکنیک های موثر در این زمینه اکستروژن برش خالص می باشد. این روش به دلیل امکان اعمال کرنش های پلاستیک بسیار بالا با تکرار فرآیند در پاس های متعدد و بدون هیچ تغییری در سطح مقطع و سایز قطعه به عنوان یکی از موثرترین فرآیندها مورد مطالعه و توجه قرار گرفته است با توجه به اینکه خواص مکانیکی مواد در ارتباط مستقیم و تنگاتنگ با ریز ساختار آن ها می باشد و از سویی دیگر ریز ساختار مواد مستقیماً در گرو نحوه ی اعمال تغییر فرم طی فرآیند تولید آن ها می باشد، فرایند برش خالص می‎تواند تاثیر چشمگیری بر خصوصیات میکروسکوپی و ماکروسکوپی مواد داشته باشد. نکته جالب توجه در این روش تغییر شکل پلاستیک شدید این است که نه تنها موجب افزایش استحکام فلز می‎شود، بلکه در بسیاری از اوقات افت نرمی حذف شده و گاهی افزایش نرمی نیز مشاهده می‎شود. این موضوع دقیقاً وجه تمایز این روش با سایر روش‎های تغییر شکل پلاستیک است که علت این ویژگی خاص را باید در ساختار نانو ایجاد شده در فلز توسط روش تغییر شکل پلاستیک شدید جستجو نمود. در اینجا باید توجه شود که چون قطعه فلزیِ تحت فرآیند، درون قالب مقید است و تحت تنش هیدرواستاتیک فشاری بالایی قرار دارد، امکان ترک خوردن و شکست قطعه وجود ندارد که این موضوع، همان وجه تمایز روش‎های تغییر شکل پلاستیک شدید با روش‎های مرسوم شکل دهی است. با توجه به این که محصول خروجی از قالب اکستروژن یک ماده ی نانو ساختار است و اندازه ی دانه در این ماده به ابعاد میکرو و یا حتی نانو رسیده است، برای اندازه گیری هرچه بهتر و دقیق‎تر خواص مکانیکی این مواد از قبیل مدول الاستیسیته، استحکام تسلیم، کرنش سختی، استحکام کششی و... روش‎های اندازه گیری ماکرو مناسب نیست. روش‎های متداول مکانیکی اغلب مخرب و نیازمند نمونه‎های آزمایشی در مقیاس بزرگ است و در بیشتر مواقع مقرون به صرفه نیست. به همین منظور در سال‎های اخیر به عنوان یک روش جایگزین و مناسب برای مطالعه رفتار مکانیکی این دسته از مواد ریز ساختار از روش‎های جدیدی که دارای دقتی در ابعاد میکرو هستند استفاده می‎شود، یکی از تازه ترین و کارآمد ترین آن‎ها سختی سنجی در مقیاس میکرو می‎باشد. از آن-جایی که در تست سختی سنجی در مقیاس میکرو عمق نفوذ و قطر سنبه فرو رونده از مرتبه میکرومتر است، این تست مناسب ترین روش برای تعیین خواص مکانیکی مواد کامپوزیت، FGM، فوم‎های فلزی می‎باشد. این تست نیازمند نمونه هایی با ابعاد بسیار کوچک است که موجب صرفه جویی بسیار در هزینه ی تهیه ماده مدنظر می‎شود. در پژوهش پیش رو به منظور بررسی رفتار و خواص مکانیکی نمونه‎های اکستروژن برش خالص در قالب‎ها با استفاده از سختی سنجی در مقیاس میکرو استفاده می شود و با استفاده از این روش به مطالعه و مقایسه خواص مکانیکی ماده ریز ساختار حاصل از فرآیند اکستروژن برش خالص پرداخته می‎شود. همچنین بنا بر این است که این فرایند به روش عملی مورد بررسی قرار گیرد و در پایان نتایج حاصل از نمونه‎های مورد آزمایش قرار گرفته در قالب اکستروژن برش خالص، ارائه شود.

در این کار اثرات نقص نقطه ای در انواع المانهایی که در مدل سازی یک نانو لوله کربنی و بستر آن شبیه سازی شده و اثرات آن بر روی نسبت الاستیک نهایی به مدول الاستیک بستر بررسی شده است. افزایش نقص های نقطه ای در نانولوله های کربنی نتایج قابل توجهی بر روی مدول الاستیک نهایی آنها در بر داشته و افزایش هر نقص باعث کاهش مدول الاستیک آنها گردیده. افزایش نقص نقطه ای محیطی بسیار تاثیرگذارتر از نقصهای طولی است.

اتصالات جوشکاری شده بخش بسیار مهم و البته حساسی از سازه های مهندسی هستند که می توانند نقطه ی شروع آسیب های سازه ای باشند. دلیل اصلی این موضوع وجود عوارضی مانند ترک، تخلخل، تغییرات متالورژیکی و تنش های پسماند است که می توانند در حین فرایند جوشکاری در محل اتصال به وجود آیند. در بیشتر موارد، برای رفع عوارضی مانند تخلخل و ترک کار زیادی نمی توان انجام داد. اما برای کاهش تنش های پسماند راه های زیادی وجود دارد که هر یک مزایا و معایب خود را دارند. آسایش تنش های داخلی یک فرایند ترمودینامیکی خود به خودی است و می تواند به صورت طبیعی پیش رود، اما این فرآیند در دمای اتاق بسیار کند رخ می دهد. به همین علت، یک محرک خارجی برای سرعت بخشی به آن مورد نیاز است. تنش های پسماند را می توان هم به صورت حرارتی و هم مکانیکی کاهش داد. یکی از روش های معمول برای آزاد سازی تنش، استفاده از روش حرارتی است که کارایی آن به خوبی اثبات شده است. اما این روش دارای محدودیت هایی مانند احتمال روی دادن تغییرات متالورژیکی، سرعت کم و محدودیت فضای کاری است و نمی توان آن را در همه ی مسائل به کار گرفت. روش دیگر استفاده از بارگذاری نوسانی و یا ارتعاشی است که می تواند باعث ایجاد تغییر شکل های پلاستیک و آزادسازی تنش شود. در این پایان نامه فرض می شود بارهای نوسانی به صورت سطحی و در موضع جوشکاری شده به سازه اعمال شوند. هدف از این کار آن است که مصرف انرژی تا حد ممکن کاهش یابد و از احتمال آسیب دیدگی بخش های دیگر سازه جلوگیری شود. سپس با استفاده از روش المان محدود، کارایی این روش در آزاد سازی تنش مورد بررسی قرار می گیرد. در این تحقیق این نتیجه حاصل شد که با استفاده از نیروهای سطحی متمرکز می توان مقدار تنش های پسماند را مقداری زیادی کاهش داد. اما این نیروها باعث ایجاد تنش های پسماند محلی در محل اعمال نیرو می گردند. استفاده از نیروهای سطحی گسترده بر روی خط جوش راه کار دیگری است که مشکل پیش گفته را حل می نماید. اما نتایج شبیه سازی نشان می دهند این روش داری کارایی کمتری نسبت به حالت نیروی متمرکز است.

اکستروژن زاویه دار با کانال های برابر به عنوان یکی از موثرترین روش ها در تغییر فرم شدید مومسان، به دلیل مزایای ممتاز آن در تولید مواد نانو ساختار در دهه های اخیر بسیار موردتوجه قرارگرفته است. به منظور تاثیر زاویه ی کانال در اکستروژن زاویه دار بر خواص مکانیکی و همسانگردی محصولات اکستروژن زاویه دار در کرنش نظری تقریباً برابر، از دو زاویه ی 90 و 135 درجه برای آلومینیوم خالص تجاری 1100 نورد شده استفاده شد. آزمایش سختی سنجی نانو و آزمایش فشار تک محوره در دمای اتاق برای جهت گیری X و Y و Z بر روی نمونه های پاس چهارم اکستروژن 90 درجه و پاس دهم اکستروژن 135 درجه انجام شد. نتایج آزمایش سختی سنجی نانو بهبود در سختی، مدول کشسان و همسانگردی ماده را نشان می دهد. به ازای کرنش نظری تقریباً برابر خواص مکانیکی مشاهده شده برای محصولات دو زاویه ی 90 و 135 درجه با تقریب خوبی یکسان است. همچنین نتایج به دست آمده از آزمایش فشار نشان دهنده ی بهبود تنش تسلیم، همسانگردی خواص مومسان و کاهش نرخ کرنش سختی برای محصولات اکستروژن زاویه دار می باشد. به طورکلی نتایج هر دو آزمون سختی سنجی نانو و آزمایش فشار تک محوره توسعه و بهبود همسانگردی و یکنواختی خواص مکانیکی را برای محصولات اکستروژن زاویه دار نشان می دهد.

اکستروژن زاویه دار با کانال های برابر به عنوان یکی از موثرترین روش ها در تغییر فرمهای شدید به دلیل مزایای ممتاز آن در تولید مواد نانو ساختار در دهه های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. یک نوع تغییر شکل یافته ی این فرایند با نام اکستروژن زاویه دار با کانال های برابر پهلویی در سال های اخیر ارائه گردیده است. در کار حاضر تاثیر اصطکاک بر ناحیه تغییر فرم پلاستیک در این فرایند با استفاده از روش اجزاء محدود بررسی شده است. در این راستا مقادیر مختلفی برای اصطکاک نمونه با دیواره های کف قالب و نیز دیواره های جانبی در نظر گرفته شده است. پس از مدل سازی اجزاء محدود فرایند توسط نرم افزار آباکوس، خطوط جریان بدست آمده از شبیه سازی توسط مدل خطوط سیلان مورد آنالیز قرار گرفته است. پس از مطالعه ی پارامترهای مربوط به خطوط جریان، تحولات ناحیه تغییر فرم پلاستیک در حالات مختلف که شامل اعمال شرایط اصطکاک به صورت متقارن و نامتقارن است مورد بررسی قرار گرفته است.

نتایج بررسی های تجربی نشان می دهد که با افزودن مقدار اندکی نانولوله کربنی به مواد پلیمری به عنوان فاز تقویت کننده، خواص مکانیکی آن ها به مقدار قابل توجهی بهبود می یابد. شبیه سازی دینامیک مولکولی در توصیف نانو کامپوزیت ها روش خوبی است، ولی در مقیاس نانو به سبب هزینه زیاد محاسبات محدودیت هایی ایجادشده است که همین موضوع استفاده از روش های دیگری برای بررسی نانو کامپوزیت ها تقویت شده با نانولوله های کربنی در مقیاس نانو مطرح کرده است. در کار حاضر ما از روش مکانیک محیط پیوسته و اجزاء محدود جهت بررسی تاثیر انواع نقص نقطه ای در شبکه نانولوله، انحناء و زاویه نانولوله نسبت به بستر نانوکامپوزیت بر روی خواص مکانیکی نانوکامپوریت تحت بارهای پیچشی استفاده می کنیم. نتایج تایید خوبی از این روش با دیگر روش های تحلیلی قانون مخلوط در کامپوزیت ها را نشان می دهد همچنین اعتبار سنجی با مراجع معتبر صورت گرفته است. در اکثر موارد با افزایش تعداد نقص جای خالی، کاهش انحناء و زاویه نانولوله نسبت به بستر مدول برشی کاهش می یابد.

نانوفنّاوری شاخه ای رو به رشد از علم و فنّاوری است که با مواد، ساختارها و ابزارهایی در ابعاد نانو سروکار دارد. در این میان یکی از پرکاربردترین زیرمجموعه های نانو مواد، نانوورق ها محسوب می شوند. نانوورق ها در ساختن باطری ها، حس گرهای شیمیایی و بیولوژیکی و نیز در نانوماشین ها کاربردهای فراوان دارند. با وجود کاربردهای فراوان این ساختارهای نانو، کارهای کمی در راستای بررسی رفتار آن ها صورت گرفته است و شاید این کمبود را بتوان با سختی فرایند طراحی و تولید آن ها مرتبط دانست. در این راستا دانستن رفتار ارتعاشی و کمانشی نانوورق ها کلیدی ترین گام در طراحی این سازه ها به شمار می آید. به دلیل وابستگی های زیاد در معادلات تعادل استاتیکی و دینامیکی ارائه ی حل تحلیلی برای ارتعاشات و کمانش نانوورق ها بسیار دشوار است ازاین رو بسیاری از کارها به استفاده از روش های عددی و نیمه عددی از قبیل المان محدود، ریلی-ریتز، سنجش وزنی مشتقات و ... پرداخته اند. با کاهش اندازه ی ساختارها در حد قابل مقایسه با اندازه های درون اتمی صرف نظر کردن از اثرات اندازه های کوچک و نیروهای درون اتمی باعث خطای زیاد در نتایج و به تبع آن در مواردی طراحی اشتباه می گردد همچنین روش هایی از قبیل دینامیک مولکولی مستلزم زمان و هزینه های بسیار زیادی برای مدل کردن نانوساختارها هستند، ازاین رو در سال های اخیر بررسی این ساختارها به روش های محیط پیوسته واگذار شده اند. یکی از شناخته شده ترین این روش ها، نظریه غیرمحلی ارینگن است. نظریه غیرمحلی برای بیان روابط تنش-کرنش غیرموضعی رشد یافته است. در این روش تنش در هر نقطه از سازه تابعی از کرنش در کل سازه است؛ بنابراین، انتظار می رود که نظریه غیرمحلی مدل دقیق تری نسبت به الاستیسیته ی کلاسیک، مخصوصاً در مقیاس های بسیار ریز ارائه دهد. در این پایان نامه با استفاده از این نظریه، نانوورق های ایزوتروپیک مستطیلی دو لایه که به وسیله ی یک بستر الاستیک به هم متصل شده اند، مدل شده و با استفاده از روش سنجش وزنی مشتقات حل گردیده است. همچنین صحت نتایج و نیز تاثیر تغییر در پارامترهای مختلف ازجمله سختی الاستیک، شرایط مرزی، مدهای کمانشی و پارامتر غیرمحلی بر روی بار بحرانی کمانشی نانوورق، با نتایج حاصل از حل تحلیلی مورد بحث و بررسی قرارگرفته می شود. نتایج بحث نشان می دهد که روش سنجش وزنی مشتقات، روشی قدر

تنش هایی که بر اثر اعمال بارگذاری در جسم ایجاد شده و بعد از برداشته شدن بارگذاری هم در جسم باقی می مانند را تنش پسماند گویند. موضوع تنش های پسماند و روش های کاهش آن ها در فرایند ساخت یکی از مهم ترین چالش های امروز مهندسان و صنعتگران است. تنش های پسماند که به ناچار بواسطه روش های تولید نظیر ریختگری، نورد، جوش، آهنگری، کشش و ... در قطعات ایجاد می شوند خواص مکانیکی قطعات مهندسی را به میزان قابل توجهی کاهش داده و سبب بروز صدمات هزینه بری در تجهیزات صنعتی می شوند. شکستن ناگهانی پره های توربین ها و پمپ ها، گسیختگی اتصالات جوشی، ایجاد ترک در شفت ها و بسیاری دیگر از این دست صدمات که با بارگذاری بسیار کمتر از حد بار مُجازی که قطعات مهندسی برای آن طراحی شده اند، معمولاً ناشی از در نظر گرفته نشدن این عامل غالباً مضر فرایند ساخت و تولید است. از دیرباز صنعتگران این عامل عمدتاً مضر را شناخته و برای رهایی از آن راه هایی را بکار بسته اند که از آن جمله می توان به روش های حرارتی اشاره کرد. امروزه با توسعه علوم مهندسی و پیشرفت تکنولوژی روش های نوینی در این زمینه بوجود آمده اند که از میان آن ها می توان به روش بکارگیری ارتعاشات برای رهاسازی تنش های پسماند اشاره کرد. در این روش ارتعاشات با فرکانس و دامنه مختلف به محل توزیع تنش های پسماند اعمال می شود. این کار باعث ایجاد کرنش های پلاستیک در داخل قطعه شده و بدین وسیله مقداری از تنش های پسماند موجود در آن محل آزاد می شود. در این پایان نامه تنش زدایی از قطعات به وسیله ارتعاشات مورد مطالعه قرار گرفته است. برای صرفه جویی در زمان و هزینه، این فرایند در نرم افزار آباکوس شبیه سازی شده و نتایج آن با نتایج کارهای آزمایشگاهی انجام شده در این زمینه مقایسه می شود.

اکستروژن زاویه دار با کانال های برابر(ECAE) به عنوان یکی از روش های تغییر شکل شدید پلاستیک (SPD) در تولید مواد نانو ساختار در دهه های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. فرم جدیدی از این فرایند با نام اکستروژن زاویه دار با کانال های برابر جانبی (DECLE) در سال های اخیر ارائه گردیده است. در کار حاضر تاثیر انحنای قالب بر ناحیه تغییر فرم پلاستیک در این فرآیند با استفاده از روش اجزاء محدود بررسی شده است. از ﺁنجاکه قالب فرایند دارای دو گوشه مابین کانال ورودی و کانال های خروجی می باشد تغییرات انحنای قالب به دو صورت متقارن و نامتقارن مورد بررسی قرار گرفته که در حالت متقارن، با حفظ نسبت برابر در شعاع انحنای هر دو گوشه اندازه ﺁن ها تغییر داده شده است. در حالت نامتقارن تغییر در شعاع انحنای یکی از گوشه ها مد نظر قرار گرفته و گوشه دیگر به صورت قائم در نظر گرفته شده است. پس از مدل سازی اجزاء محدود فرآیند توسط نرم افزار ABAQUS، خطوط جریان بدست آمده از شبیه سازی توسط مدل خطوط سیلان مورد آنالیز قرار گرفته است. پس از مطالعه ی پارامترهای مربوط به خطوط جریان، تحولات ناحیه تغییر فرم پلاستیک و شرایط ناپایداری فرآیند در حالات مختلف مورد بررسی قرار گرفته است.

مواد ریزدانه یا نانو ساختار به دلیل خواص برجسته ی فیزیکی و مکانیکی، مورد توجه محققین قرار گرفته و از این رو روش های متفاوتی برای تولید این مواد ارائه شده است. یکی از این روش ها، فرآیندهای تغییر شکل پلاستیک شدید است که با اعمال کرنش های شدید پلاستیک سبب ریز شدن اندازه ی دانه می شود. اکستروژن زاویه دار با کانال های برابر به دلیل امکان اعمال کرنش های پلاستیک زیاد با تکرار فرآیند در پاس های متعدد و بدون هیچ تغییری در سطح مقطع و سایز قطعه به عنوان یکی از موثرترین روش ها در زمینه تغییرفرم های شدید مورد مطالعه و توجه قرار گرفته است. یکی از فرم های خاص این فرآیند، اکستروژن زاویه دار با دو کانال جانبی برابر است که در چند سال اخیر ارائه شده است. در کار حاضر حالت خاصی از فرآیند اخیر مورد توجه قرار گرفته که در آن اندازه کانال های خروجی با نسبتی مشخص نسبت به اندازه ی کانال ورودی تغییر می کند. این تغییر به دو صورت متقارن و نامتقارن اعمال شده که در حالت متقارن اندازه ی هر دو کانال خروجی برابر و نسبت به کانال ورودی کاهش می یابند و در حالت نامتقارن تنها اندازه ی یک کانال خروجی تغییر می یابد. بررسی تاثیر نسبت اندازه ی کانال ها بر ناحیه تغییر فرم پلاستیک با استفاده از روش اجزا محدود و به کمک نرم افزار آباکوس انجام گرفته و خطوط جریان به دست آمده از شبیه سازی فرآیندها توسط مدل خطوط سیلان آنالیز گردید. پس از بررسی پارامترهای خطوط جریان تحولات ناحیه تغییر فرم پلاستیک در هر حالت مورد مطالعه قرار گرفت.

اکستروژن زاویه دار با کانال های برابر(ECAE) به عنوان یکی از موثرترین روش ها در تغییر فرم های شدید (SPD) به دلیل مزایای ممتاز آن در تولید مواد نانو ساختار در دهه های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. یک نوع تغییر شکل یافته ی این فرآیند با نام اکستروژن زاویه دار با کانال های برابر پهلویی (DECLE) در سال های اخیر ارائه گردیده است. در کار حاضر تاثیر سرعت سیلان بر ناحیه تغییر فرم پلاستیک در این فرآیند با استفاده از روش اجزاء محدود بررسی شده است.در این راستا سه سرعت ورودی متفاوت مد نظر قرار گرفته و در هر حالت، نسبت سرعت در کانال های خروجی تغییر داده شده است. پس از مدل سازی اجزاء محدود فرآیند توسط نرم افزار ABAQUS، خطوط جریان بدست آمده از شبیه سازی توسط مدل خطوط سیلان مورد آنالیز قرار گرفته است. پس از مطالعه ی پارامترهای مربوط به خطوط جریان، تحولات ناحیه تغییر فرم پلاستیک، شرایط ناپایداری، نرخ کرنش سیلان پلاستیک و تراکم پذیری فرآیند در حالات مختلف مورد بررسی قرار گرفته است.