توصيفگر ها :
پرس ايزواستاتيك داغ , اجزا محدود , محفظه تحت فشار , نرمافزار آباكوس
چكيده فارسي :
اين پاياننامه در مورد بررسي فرايند پرس ايزواستاتيك داغ و همچنين طراحي محفظه تحت فشار براي اين فرايند ميباشد. ابتدا به فرايند پرس ايزواستاتيك داغ پرداخته ميشود و پس از آن به بررسي شكل كپسول، تعيين ضخامت مناسب براي دريچه و ديواره كپسول، تعيين تقعر مناسب براي دريچه كپسول و همچنين نحوه اتصال دريچه به ديواره پرداخته ميشود. فرايند پرس ايزواستاتيك داغ به منظور افزايش خواص مكانيكي، افزايش چگالي و ساخت برخي از قطعات مورد استفاده قرار ميگيرد. انجام اين فرايند وابسته به نحوه تغيير شكل كپسول است، كاهش شعاع در ناحيه ديواره و همچنين كاهش ارتفاع دريچه منجر به هدايت سيال درون محفظه به سمت تخلخلهاي موجود در قطعه متخلخل ميشود و بسته شدن اين تخلخلها باعث افزايش چگالي قطعه ميشود. يكي از فرايندهاي پرس ايزواستاتيك مربوط به ساخت كامپوزيتهاي كربن-كربن است. كامپوزيتهاي كربن-كربن در موارد مختلفي همچون هوافضا كاربرد دارد. توليد كامپوزيتهاي كربن-كربن نيازمند فرايند تلقيح و كربونيزاسيون همزمان تحت فرايند پرس ايزواستايك داغ است؛ براي توليد اين كامپوزيتها، ابتدا الياف بافته شده در درون كپسول قرار ميگيرد و سپس كل كپسول از رزين پر ميشود و در نهايت دريچه كپسول جوش داده ميشود. در طراحي كپسول پرس ايزواستاتيك داغ، نحوه اتصال دريچه به ديواره بايد به گونهاي باشد كه كيفيت جوش كاهش نيابد و براي اين امر نبايد سيال موجود در كپسول با جوش در ارتباط باشد. ميزان تقعر و شكل دريچه بايد به گونهاي طراحي شود كه اجازه كاهش شعاع را به ديواره كپسول بدهد؛ يكي ديگر از مواردي كه باعث ميشود كه دريچه كپسول داراي تقعر باشد، اين است كه براي انجام كامل فرايند تلقيح و كربونيزاسيون نبايد فضاي خالي در هنگام اتصال دريچه به كپسول وجود داشته باشد. براي انجام ابن فرايند كپسول بايد در ناحيه پلاستيك قرار بگيرد. با توجه به اينكه اين فرايند در دماهاي بالا انجام ميگيرد، خواص مكانيكي ماده مورد استفاده در ساخت كپسول بر حسب دما وارد ميشود، و پس از يافتن دماي بحراني بقيه تحليلها اعم از تحليل جوش و تقعر در دماي بحراني انجام ميشود. يكي از نكات مهم در اين پاياننامه تخمين فشار دروني محفظه است، براي تخمين فشار دروني، حجم كپسول تغيير شكل يافته توسط انتگرالگيري عددي و روش پاپوس محاسبه ميشود و با توجه به قاعده گاز ايدهآل، فشار داخلي كپسول محاسبه ميشود و با فشار اعمال شده توسط نرمافزار مقايسه ميشود. فشار دروني محفظه توسط گازهايي كه به خاطر افزايش دما از سيال موجود در محفظه آزاد شدهاند، به ديواره كپسول اعمال ميشود. اگر اختلاف اين دو فشار كمتر از يك درصد بود، حل پايان مييابد. با توجه به تحليلهاي انجام شده براي كپسول با قطر خارجي 45 سانتيمتر، ميزان ضخامت مناسب براي ديواره برابر 6 ميليمتر و ضخامت دريچه برابر 12 ميليمتر ميباشد، همچنين ميزان تقعر مناسب برابر 10 سانتيمتر ميباشد.
چكيده انگليسي :
This thesis investigates the hot isostatic pressing (HIP) process and the design of a pressure vessel used in this process. First, the HIP procedure is described, followed by an examination of the capsule geometry, determination of the appropriate thickness for the capsule wall and lid, the optimal concavity of the lid, and the method of joining the lid to the capsule. The HIP process is employed to enhance mechanical properties, increase density, and fabricate specific components. The efficiency of this process depends on the deformation behavior of the capsule; a reduction in the wall radius and a decrease in lid height guide the internal fluid toward the pores of the porous preform, leading to pore closure and densification of the component.
One of the applications of HIP is in the fabrication of carbon–carbon composites, widely used in aerospace industries. Producing these composites requires simultaneous impregnation and carbonization under HIP conditions. For this purpose, woven fibers are placed inside the capsule, the capsule is filled with resin, and finally, the lid is welded. The lid–wall joint must be designed such that the weld quality is not degraded, and the internal fluid does not come into contact with the weld. Additionally, the lid geometry and its concavity must allow sufficient radial reduction of the capsule during HIP. Concavity also ensures that no empty space remains during the sealing of the capsule, which is essential for complete impregnation and carbonization.
Since the process occurs at high temperatures, temperature dependent material properties of the capsule are incorporated into the analysis. After determining the critical temperature, weld and concavity analyses are performed at this temperature. A key aspect of this study is estimating the internal pressure of the capsule. For this purpose, the deformed volume of the capsule is calculated using numerical integration and the Pappus theorem, and the internal pressure is obtained using the ideal gas law. This pressure is then compared with the externally applied pressure in the abaqus. If the difference between the two pressures is less than one percent, the solution is considered converged.
Based on the analyses performed for a capsule with an outer diameter of 45 cm, the appropriate wall thickness is 6 mm, the lid thickness is 12 mm, and the optimal concavity is 10 cm.
