بررسی تاثیر خواص ماده متغیر تابعی در بهبود عملکرد دیسک ترمز

108 صفحه فايل word

قابل ويرايش

چکيده

امروزه استفاده از مواد متغیر تابعی به دلیل خواص مکانیکی و حرارتی مناسب در صنایع خودروسازی و راه­آهن از اهمیت ویژه­ای برخوردار است. باتوجه به گرمای شدید تولیدی در دیسک ترمز قطار ترک­هایی در سطح دیسک ایجاد می­شود که نهایتاً منجر به شکست دیسک ترمز می­گردد.­­ بنابراین استفاده از ماده­ای مناسب به منظور کاهش احتمال رشد ترک در دیسک ترمز، از اهمیت ویژه­ای برخوردار است. ماده متغیر تابعی ترکیبی پیوسته از پودر فلز و سرامیک است. با کنترل کسر حجمی مواد سازنده ماده متغیر تابعی به صورت پیوسته در جهتی معین، ماده­ای با ترکیب مشخص برای کاربرد خاص ساخته می­شود.

دراین تحقیق با استفاده از زیر­برنامه نرم­افزار آباکوس ماده متغیر تابعی مدل شده است. با فرض توزیع خواص ماده متغیر تابعی به صورت خطی و نمایی با استفاده از روش انتگرالJ  ضریب شدت تنش برای دو مدل تحت بارگذاری حرارتی و مکانیکی بدست آمده است و نتایج آن با سایر تحقیقات مقایسه شده است. با توجه به نتایج حاصله مشخص شده است که ماده FGM  برای ساخت دیسک ترمز بهتر از مواد معمولی بوده و باعث بهبود در عملکرد دیسک ترمز می­گردد.

 

 

 

 

 

 

 

واژگان کلیدی: مواد متغیر تابعی، دیسک ترمز قطار، انتگرال J  ، ضریب شدت تنش، با­رگذاری حرارتی و مکانیکی

فهرست مطالب

۱  فصل اول مقدمه  ۱

۱-۱. مقدمه. ۱

۱-۲. تاریخچه مواد متغیر تابعی… ۲

۱-۳. تعریف مواد متغیر تابعی… ۳

۱-۴. کاربرد مواد متغیر تابعی… ۸

۱-۵. FGMها در طبیعت…. ۱۲

۱-۶. مزایای مواد متغیر تابعی… ۱۳

۱-۷. مطالعات مروری… ۱۴

۱-۷-۱. ورق های مدور FGM… ۱۴

۱-۷-۲. بررسی کاربرد مواد متغیر تابعی در دیسک ترمز. ۱۷

۱-۷-۳. بررسی شکست مواد متغیر تابعی… ۱۸

۱-۷-۴. تحلیل خرابی در دیسک ترمز. ۲۰

۱-۸. ساختار پایان­نامه. ۲۲

۲  فصل دوم روابط حاکم   ۲۴

۲-۱. ضریب اصطکاک…. ۲۴

۲-۲. انتقال حرارت… ۲۵

۲-۳. نحوه توزیع فشار وارد بر پد.. ۲۶

۲-۴. معادلات حاکم بر مواد متغیر تابعی… ۲۷

۲-۵. انتگرال J در مواد متغیر تابعی… ۲۸

۲-۵-۱. فرمول­بندی .. ۳۲

۲-۵-۲. فرمول­بندی .. ۳۳

۲-۵-۳. انتگرال J سه بعدی… ۳۴

۲-۶. میدان­های نوک ترک در مواد متغیر تابعی… ۳۶

۳  فصل سوم مدل­سازی   ۳۷

۳-۱. سیستم ترمز قطار. ۳۷

۳-۲. هندسه دیسک….. ۳۸

۳-۳. پد.. ۴۰

۳-۴. دیسکFGM… ۴۰

۳-۵. مدل­سازی مواد متغیر تابعی در نرم­افزار آباکوس…. ۴۳

۳-۶. زیربرنامه UMAT.. ۴۵

۴  فصل چهارم نتایج   ۴۷

۴-۱. بررسی صحت کد UMAT.. ۴۷

۴-۲. محاسبه ضرایب شدت تنش در ماده متغیر تابعی تحت بارگذاری مکانیکی… ۴۸

۴-۳. تأیید صحت کد UMATH.. ۵۳

۴-۴. مقایسه تحلیل حرارتی FGM لایه­ای و کد UMATH.. ۵۵

۴-۵. بررسی شکست مواد متغیر تابعی تحت بارگذاری حرارتی… ۵۷

۴-۶. نتایج حاصل از تحلیل دیسک ترمز در آباکوس…. ۵۸

۵  فصل پنجم نتیجه­گیری   ۶۷

مراجع.. ۶۹

پیوست (الف). کلیاتی در مورد طراحی دیسک ترمز به کمک نرم­افزار آباکوس…. ۷۳

پیوست (ب). بخشی از کد UMAT ماده FGM… ۸۵

پیوست (ج). بخشی از کد UMATH مادهFGM… ۹۰

پیوست (د). محاسبه ضریب شدت تنش ماده FGM… ۹۲

پیوست (ه). تابع وزنی q. ۹۴

فهرست شکل­ها

شکل (۱-۱). (الف) شماتیک ماده FGM، (ب) شماتیک کامپوزیت لایه­ای… ۵

شکل (۱-۲). انواع مواد FGM بصورت نازک و حجمی… ۶

شکل (۱-۳). کاربرد FGMها در الف)ابزارهای برش، ب) دیسک ترمز، ج) پره توربین. ۱۰

شکل (۱-۴). کاربرد FGMها در صنایع فضایی مانند الف) فضاپیما، ب) ماهواره. ۱۰

شکل (۱-۵). الف) ساختمان موتور راکت، ب) تست احتراق.. ۱۱

شکل (۱۶). مواردی از کاربردFGMها در وسایل ورزشی مانند الف) چوب گلف،  ب) تیغه اسکی   ۱۱

شکل (۱-۷). نمونه­هایی از FGMها در طبیعت مانند الف) صدف، ب) ساقه نی… ۱۲

شکل (۱-۸). برگ درخت نارگیل.. ۱۳

شکل (۱-۹). دندان ماده­ای با عملکرد درجه­بندی شده است…. ۱۳

شکل (۱-۱۰). ترک میکروسکوپیک در دیسک ترمز قطار. ۲۱

شکل (۱-۱۱). ترک ماکروسکوپیک در دیسک ترمز قطار. ۲۲

شکل (۲-۱). مسیر انتگرال J حول نوک ترک…. ۲۹

شکل (۲-۲). مسیر انتگرال  J. ۳۰

شکل (۲-۳). شماتیک انتگرال خط ۳۳

شکل (۲-۴). انتگرال J در مقابل ترک سه بعدی… ۳۵

شکل (۲-۵). حجم محدودV، برای محاسبه­ی میانگین انتگرال J درطول ضخامت قطعه………………………۳۵

شکل (۳-۱). سیستم ترمز قطار. ۳۸

شکل (۳-۲). دیسک ترمز قطار (مدل طراحی شده در آباکوس) ۳۹

شکل (۳-۳). هندسه پد.. ۴۰

شکل (۳-۴).  دیسک FGM… ۴۱

شکل (۳-۵).  دیسک و پد.. ۴۲

شکل (۴-۱). مدل تحت بارگذاری در راستای y. ۴۷

شکل (۴-۲). مقایسه تنش در راستای محور y. ۴۸

شکل (۴-۳). مدل تحت بارگذاری خمشی و کششی… ۴۹

شکل (۴-۴). شبکه بندی نوک ترک…. ۵۰

شکل (۴-۵). تأثیر پارامتر ناهمگنی 𝛽 در ضرایب شدت تنش نمونه تحت کشش….. ۵۱

شکل (۴-۶). تأثیر پارامتر ناهمگنی 𝛽 در ضرایب شدت تنش نمونه تحت خمش….. ۵۲

شکل (۴-۷). شرایط مرزی حرارتی مکعب…. ۵۳

شکل (۴-۸). توزیع دما در راستای محور y،𝛽=۰.۵. ۵۴

شکل (۴-۹). توزیع دما در راستای محور y، 𝛽. ۵۴

شکل (۴-۱۰). توزیع دما در راستای محور y،𝛽=۰.۷۵. ۵۵

شکل (۴-۱۱). مقایسه توزیع دما در راستای محور y، مدل لایه­ای و UMATH.. ۵۶

شکل (۴-۱۲). مقایسه توزیع دما در راستای محور y، مدل لایه­ای و UMATH.. ۵۶

شکل (۴-۱۳). مدل ترک لبه­ای تحت بارگذاری حرارتی… ۵۷

شکل (۴-۱۴). منحنی جابجایی عمودی دیسک ترمز FGM  و دیسک ترمز فولادی در راستای شعاع  ۵۹

شکل (۴-۱۵). منحنی اعوجاج دیسک ترمز FGM و فولادی… ۵۹

شکل (۴-۱۶). تعداد نقاط داغ در دیسک فولادی دو ثانیه بعد از زمان توقف…. ۶۰

شکل (۴-۱۷). تعداد نقاط داغ در دیسک FGM دو ثانیه بعد از زمان توقف…. ۶۰

شکل (۴-۱۸). دیسک ترمز فولادی در t=6s ۶۱

شکل (۴-۱۹). دیسک ترمز فولادی در t=8s ۶۱

شکل (۴-۲۰). دیسک ترمز فولادی در t=10.86s ۶۲

شکل (۴-۲۱). دیسک ترمز FGM در t=6s ۶۲

شکل (۴-۲۲). دیسک ترمز FGM در t=8s ۶۳

شکل (۴-۲۳). دیسک ترمز FGM در t=10.86s ۶۳

شکل (۴-۲۴). توزیع تنش در دیسک فولادی… ۶۴

شکل (۴-۲۵). توزیع تنش در دیسک FGM… ۶۴

شکل (۴-۲۶). منحنی تغییرات دمای دیسک ترمز FGM در راستای ضخامت…. ۶۵

شکل (۴-۲۷). منحنی تغییرات دمای دیسک فولادی در راستای ضخامت…………………………………………….۶۶

شکل (الف-۱). قسمت استوانه­ای… ۷۳

شکل (الف-۲). دیسک پارتیشن­بندی شده. ۷۴

شکل (الف-۳). طراحی دیسک به صورت لایه­های روی هم…………………………………………………………………….۷۴

شکل (الف-۴). قرار دادن قسمت استوانه­ای روی دیسک….. ۷۵

شکل (الف-۵). طراحی پد.. ۷۵

شکل (الف-۶). دیسک طراحی شده در نرم­افزار. ۷۶

شکل (الف-۷). قرارگیری پد بر روی دیسک….. ۷۷

شکل (الف-۸). نمونه­ای از مشخصات درstep. ۷۸

شکل (الف-۹). نمونه­ای از مشخصات درstep. ۷۹

شکل (الف-۱۰). نمایش بارگذاری بر روی پد.. ۸۰

شکل (الف-۱۱). نمایش بارگذاری بر روی پد.. ۸۱

شکل (الف-۱۲). نمایش نحوه شبکه­بندی دیسک….. ۸۲

شکل (الف-۱۳). نمایش نحوه شبکه­­بندی پد.. ۸۲

شکل (الف-۱۴). نمایش نحوه شبکه­بندی قسمتی از دیسک ترمز. ۸۳

شکل (الف-۱۵). نمایش نحوه شبکه­بندی دیسک ترمز. ۸۴

فهرست جداول

جدول (۳-۱). ترکیب شیمیایی دیسک ترمز قطار (بر حسب درصد وزنی) ۳۹

جدول (۳-۲). خواص مکانیکی و حرارتی دیسک ترمز. ۳۹

جدول (۳-۳). خواص مکانیکی و حرارتی پد.. ۴۰

جدول (۴-۱). ضرایب شدت تنش بدون بعد شده در مدل تحت کشش….. ۵۱

جدول (۴-۲). ضرایب شدت تنش بدون بعد شده در مدل تحت خمش….. ۵۲

فهرست علائم و نشانه­ها

 

عنوان                                                                         واحد                             علامت اختصاری

                                                                                                                                                      ماتریس کرنش جابجایی                                           –                                                  B

      گرمای ویژه                                                        J/kgK                                            C

       ماتریس ساختاری                                                          –                                     D(x)

        مدول الاستیسیته ماده فلزی                                 GPa                                               Em        مدول الاستیسیته ماده سرامیکی                                  GPa                                               Ec               ضخامت ورق کامپوزیتی                               mm                                                              h

       شار حرارتی ناشی از اصطکاک                                  J                                             Ifr                  شار حرارتی ناشی از همرفت                                              J                                          Ic

      شار حرارتی ناشی از تشعشع                                        J                                                    Ir

       نرخ انرژی آزاد شده در هر نقطه­ی s در سطح ترک    J /mm۲                                            J(s)

       انتگرال J در مود اول                                    J /mm۲                                                   j۱

       انتگرال J در مود دوم                                       J /mm۲                                              j۲          ضریب رسانش گرمایی                                        W/mK                                              K

        ضریب شدت تنش در مود اول                             m MPa                                          KΙ

       ضریب شدت تنش در مود دوم                            m MPa                                         KΙΙ

       بردار نرمال                                                          –                                                n

       خواص سرامیک خالص                                            –                                                    Pt          خواص فلز خالص     Pb                                                       –

        خواص ماده در عرض قطعه                                      –                                                  Pz

        میانگین خواص ماده                                             –                                                Pavg

  شعاع                                                             mm                                                  r

  شعاع چرخ                                                      mm                                                rw

  دما                                                                                                                       T

 بردار جابجایی                                                    mm                                            ui

سرعت قطار                                                    km/h                                                V

سرعت هوا                                                        m/s                                                v

تابع انرژی کرنشی                                                 J                                                        W

فاصله از قسمت فلزی در قسمت کامپوزیتی         mm                                                    Z

ضریب انبساط طولی                                            /  ۱                                               α

پارامتر ناهمگنی                                                     –                                                    β

کرنش برشی                                                         –                                                     γ

مسیر حلقوی حول ترک در قطعه                               –                                                 εГ

اختلاف دما                                                                                                    Δt

کرنش قائم                                                          –                                                     ε

ضریب اصطکاک                                                    –                                                    μ

ضریب پواسون                                                      –                                                   ν

 چگالی                                                         kg/m۳                                               ρ

 تنش قائم                                                       MPa                                                 σ

مولفه­های تنش                                               N/m۲                                              ijσ

تنش برشی                                                       MPa                                                   τ

سرعت زاویه­ای                                                 rad/s                                             ω

نقد و بررسی‌ها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین کسی باشید که دیدگاهی می نویسد “بررسی تاثیر خواص ماده متغیر تابعی در بهبود عملکرد دیسک ترمز”
قبلا حساب کاربری ایجاد کرده اید؟
گذرواژه خود را فراموش کرده اید؟
Loading...