17447

1894 دكتري

دكتري

طراحي كاربردي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1400

شانزده، 100ص.: مصور، جدول، نمودار

صالح اكبرزاده

مايكل خوانساري، فخرالدين اشرفي زاده

محمدرضا فروزان، محسن اصفهانيان، مسعود عطاپور، بهروز موحدي

1401/01/30

كتابنامه

مكانيك

مهندسي مكانيك

1401/01/30

2824435

تريبولوژي علم و مهندسي اثر سطوح بر يكديگر در حركت نسبي است و شامل سه مقوله اصلي سايش، اصطكاك، و روانكاري است. مهار و كنترل خواص تريبولوژيكي مانند پديده‌هاي اصطكاك و سايش مي‌تواند تا حد زيادي در كارايي مواد و ابزارها اثر بگذارد. كارهاي تجربي زيادي در مورد اصطكاك و سايش در تماس‌ سطوح در حالت خشك، روانكاري، و پوشش¬دار انجام گرفته‌ است. اما تمركز اين تحقيق ارائه يك مدل نظري جامع و قابل اعتماد مي‌باشد، كه با كم‌ترين استفاده از نتايج تجربي بتواند ضريب اصطكاك و سايش را در دوره‌گذار، دوره-اي كه نرخ سايش و ضريب اصطكاك تغيير مي¬كند، پيش‌بيني كند. از اين‌رو در تحقيق حاضر سعي‌ شده است برنامه‌اي براي پيش¬بيني ضريب اصطكاك و سايش در شرايط تماس با در نظر گرفتن تغييرات مرحله‌اي زبري ‌سطح و همچنين تشكيل ذرات‌ سايشي حين دوران‌گذار سايش با ‌كمك نرم¬افزار متلب نوشته شود. بنابراين ابتدا خواص مكانيكي ماده و زبري سطح جسم اندازه‌گيري و به‌عنوان ورودي وارد برنامه شده است. سپس تنش و ضريب اصطكاك از لغزش بين زبري‌ها براي شعاع‌هاي مختلف تماسي هر زبري در هر مرحله از تماس پيش‌بيني شده است. در ادامه با تعيين طول مشخصه، تغييرات پروفيل زبري و تشكيل ذره‌ سايشي در هر مرحله و سپس با استفاده از مدل مكانيك آسيب پيوسته ضريب سايش پيش‌بيني شده است. با استفاده از معادلات تنش زيرسطحي براي تماس كروي، موقعيت و مقدار حداكثر تنش زيرسطحي در دوره‌گذار به‌صورت سه بعدي نيز پيش‌بيني شده است. نتايج نشان‌ دهنده همبستگي بين عمق حداكثر تنش زيرسطحي به‌دست آمده از نتايج پيش‌بيني شده و اندازه ذرات سايش تجربي است. براي اعتباربخشي مدل ارائه شده آزمايش‌هايي براي دوره‌گذار در تماس خشك و روانكاري شده طراحي شده است و توسط دستگاه پين روي ديسك براي چند نمونه از جنس ST37 و CK45 و پارامترهاي متغير پروفيل زبري‌ سطح، سرعت، و نيرو انجام گرفته است. نتايج نظري و تجربي در حالت لغزش خشك و روانكاري شده نشان داده كه ضريب سايش با افزايش ضريب اصطكاك در دوره‌گذار افزايش يافته و سپس به‌ حد پايدار رسيده است. نتايج به‌دست آمده از اندازه‌گيري ضريب اصطكاك با يافته‌هاي حاصله از روش‌هاي عددي هم‌خواني بسيار خوبي دارد و مي‌تواند اطمينان بيشتري درباره ديگر يافته‌هاي مدل‌سازي كه امكان اندازه‌گيري آن‌ها نبوده است، ببخشد. همچنين نمودار خروجي شبيه‌سازي تغييرات پروفيل زبري سطح و ذرات سايشي تشكيل شده در هر مرحله استخراج شده است. نتايج شبيه‌سازي از تأثير قابل ملاحظه تغييرات پروفيل زبري سطح روي پارامترهاي تريبولوژيكي مسأله مانند اصطكاك و سايش حكايت دارد. در اين تحقيق از مدل‌سازي كوتاه ‌شدن زبري بر اثر برخورد الاستوپلاستيك و پلاستيك با يكديگر در دوران‌گذار سايش مشخص شده كه منظور نكردن اين اتفاقات ممكن است انحرافي قابل ملاحظه در نتايج ضريب اصطكاك و ضريب سايش ايجاد كند. تصاوير SEM از ذرات سايش نشان داده كه اندازه ذرات سايش به‌طور مستقيم با بار اعمال شده، سرعت اعمال شده، و زبري سطح اوليه ارتباط دارد. همچنين در اين تحقيق پيش‌بيني ضريب سايش با روش مكانيك آسيب پيوسته براي بارگذاري تركيبي و متغير نيز بررسي شده است كه درصد خطاي بين مدل و نتايج تجربي 1/0-2/1 درصد بوده‌ است. در مجموع از نتايجي كه به‌دست آمده مي‌توان در سيستم‌هاي سايش و پيش‌بيني سايش در انواع قطعات تحت سايش و تخمين عمر قطعات استفاده كرد.

When pristine solid surfaces experience sliding contact, the surface roughness undergoes various changes and deformations in a transient fashion giving rise to a nonlinear wear rate. During the first stage of the service life of the mechanical elements called running-in, this phenomenon occurs where many intertwined parameters interact in a complicated fashion. It is believed that the operating conditions of running-in largely impact the performance of a tribo-system. Thus, the ability to predict the variation of wear rate, friction coefficient, and surface asperities during running-in is important. To address this need, a model capable of predicting the variation of the aforementioned parameters is developed. To verify the predictions, the results are compared to pin-on-disk experiments. The comparison shows an acceptable agreement in the predicted and experimental data. Using the equations of subsurface stress for spherical contact, the location and value of maximum subsurface stress in the running-in period in three dimensions is predicted. The results reveal a correlation between the depth of the maximum subsurface stress obtained from the predicted results and the measured wear particle size. SEM images of wear particles reveal that the size of the wear particles is directly related to the applied load, applied speed, and the initial surface roughness. In this research, a thermodynamics-based continuum damage mechanics (CDM) procedure is applied to predict the wear coefficient for sequential loading cases in dry contact. The results show that when sequential loading is applied to a specimen, CDM method can succesfuly predict the wear coefficient.

صالح اكبرزاده

مايكل خوانساري، فخرالدين اشرفي زاده

محمدرضا فروزان، محسن اصفهانيان، مسعود عطاپور، بهروز موحدي