گرم و بعد از آن شرایط خنک کاری ورق تعیین کننده اندازه دانه، خواص، ساختار میکروسکوپی در قطعه کار است. ورق های بدست آمده از نورد گرم برای کاهش بیشتر ضخامت و دست یابی به کیفیت سطح بهتر، بصورت سرد نورد می شوند. در این رساله، روش عددی المان محدود برای مدلسازی فرایند نورد سرد در حالت کرنش صفحه ای برای مواد با رفتار الاستیک-پلاستیک مورد استفاده قرار می گیرد. در مرحله اول کار از فولاد 4340 بعنوان قطعه کار استفاده می شود که در تمام مراحل حل اثرات باربرداری نیز در آن لحاظ گردیده است. نتایج حاصل از حل آن با نتایج حاصل از نرم افزار دفرم سنجیده شده و صحت آن مورد تایید قرار گرفته است. در ادامه از فولاد دوفازی با کسر حجمی مختلف از فریت و پرلیت با آرایش های متفاوت از آنها بعنوان قطعه کار استفاده شده است. در طی این مدلسازی بعلت روابط تنش-کرنش متفاوت در فازها در طی نورد در حالیکه یکی از فازها هنوز در ناحیه الاستیک قرار دارد فاز دیگر وارد ناحیه پلاستیک شده است و این اثرات سبب بوجود آمدن تنش پسماند در ورق خواهند شد. نتایج بدست آمده نشان می دهد که ساختارهای فازی متفاوت از قطعه کار در مقادیر تنش پسماند اثرات زیادی دارد و در آنها با کاهش عرض نوارهای فازی عمودی می توان نوسانات در مقادیر تنش پسماند را کاهش داد. هدف از این مطالعه ارائه ساختاری از چیدمان فازها بعد از نورد گرم است که در آن بتوان تنش پسماند نهایی در قطعه کار را بعد از نورد سرد به حداقل رساند. بر پایه همین اصول می توان پیشنهاداتی را برای طراحان خطوط نورد ارائه کرد که در کیفیت نهایی ورقهای خروجی از خطوط نورد اثرگذار باشند.

فرآیند براده برداری یکی از مهمترین فرآیندهای ماشینکاری در فرآیند تولید قطعات می باشد. تلاش زیادی در جهت درک این فرآیند به منظور افزایش عمر قطعه کار صورت گرفته است. با توجه به تأثیر تنشهای پسماند در سطوح ماشینکاری شده بر روی عمر قطعه کار، شناسایی این تنشها در براده برداری از قطعاتی که در نقاط مهم و حساسی مثل توربینهای گازی تولید قدرت و موتورها کاربرد دارند و خصوصاً زمانی که این قطعات تحت شرایط تنش بحرانی کششی عمل می کنند بسیار حائز اهمیت می باشد. تحلیلهای گذشته بدون در نظر گرفتن ساختار میکروسکوپی ماده انجام می گرفت. در حالیکه بسیاری از مواد که ماشینکاری می شوند فازهای آلیاژی گوناگونی دارند. در این رساله در ابتدا فرآیند براده برداری عمودی به روش اجزای محدود در حالت کرنش صفحه ای برای ماده قطعه کار فولاد 4340 با رفتار الاستیک-پلاستیک شبیه سازی شده است. در این شبیه سازی در تمام مراحل، باربرداری از روی قطعه کار نیز لحاظ گردیده است. جداسازی براده از قطعه کار با استفاده از تکنیک رها شدن نقاط از جلوی نوک ابزار به محض رسیدن به تنش بحرانی مدلسازی شده است. در مدلسازی اصطکاک در طول تداخل ابزار-براده از قانون کولمب استفاده شده است. نتایج حاصل از تحلیل این فرآیند با نتایج عددی که در گذشته صورت گرفته مورد تأیید قرار گرفته است. در مرحله بعد ماده قطعه کار فولاد کربنی با ساختار دو فازی با کسر حجمی مختلفی از فرَیت و پرلیت با آرایشهای منظم و نامنظم در نظر گرفته شده است. هدف از این مطالعه، تأثیر ساختار میکروسکوپی قطعه کار در مقادیر تنشهای پسماند بر روی سطح ماشینکاری شده می باشد به طوری که بتوان چیدمانی از فازها را در نظر گرفت تا مقدار این تنشها را به حداقل رساند. همانطور که نتایج نشان می دهد در چیدمان فازها به صورت ستونی، مقدار حداکثر تنش پسماند را می توان با کاهش پهنای این ستونها کاهش داد.

برای تولید یک قطعه، فرآیندهای مختلفی از روش های شکل دهی وجود دارد، اما بسیاری از روش های موجود نیاز به ساخت ابزارهای ویژه ای دارند که هم گران قیمت بوده و هم از لحاظ ساخت زمان بر می باشند. بنابراین طراحی فرآیندی که از ابزار ارزان تر و فرآیند ساختی سریع تر استفاده کند و درعین حال کارآیی مناسبی داشته باشد از اهمیت زیادی برخوردار می باشد. طی دو دهه ی گذشته نوع جدیدی از فرآیند های شکل دهی ورق تحت عنوان شکل دهی افزایشی مورد توجه قرارگرفته است که از حد شکل دهی بالاتری نسبت به روش های گذشته برخوردار است. در این رساله یک روش جدید و منحصر به فرد از فرآیند شکل دهی افزایشی تحت عنوان شکل دهی پره ای مورد بررسی قرار می گیرد در این فرآیند پیرامون ورق به طور کامل ثابت شده و ابزار ضمن چرخش حول محور خود به آرامی به سمت ورق حرکت نموده و آن را شکل می دهد. در این پژوهش یک مدل اجزای محدود و تجربی از فرآیند شکل دهی پره ای ارائه می شود. جهت شناخت بیشتر فرآیند، مقایسه ای بین این فرآیند و شکل دهی کششی انجام می شود. همچنین مکانیزم تغییر شکل، وضعیت انواع مختلف کرنش ها و نیروهای شکل دهی فرآیند مورد بررسی قرار می گیرد و تأثیر پارامترهای مختلف این فرآیند همانند شعاع گوشه ی پره، سرعت دورانی، سرعت محوری، ضریب اصطکاک، شعاع لبه ی قالب مورد مطالعه قرار خواهند گرفت. فرآیند بهینه سازی برای مینیمم نمودن حداکثر کرنش ضخامتی و حداکثر نیروی شکل دهی توسط روش تاگوچی اجرا می شود. به این منظور با تعیین شاخص کیفیت، پارامترهای طراحی و آرایه ی متعامد تاگوچی طرح بهینه ای از فرآیند ارائه شده و با استفاده از جدول نحلیل واریانس میزان مشارکت پارمترها در بهینه سازی به دست می آید.

این رساله به بررسی فرآیند شکل دهی مجدد لوله به لوله مستطیل شکل بر پایه روش های اجزای محدود و تاگوچی می پردازد. در این پژوهش پس از صحت سنجی نتایج، خط تولید یک نمونه صنعتی از لوله های مستطیلی شبیه سازی شد. در این خط تولید، لوله گرد اولیه از میان چهار ایستگاه شکل دهی که هر کدام دارای دو غلتک می باشند عبور کرده و به لوله ی مستطیلی تغییر شکل می دهد. غلتک ها به صورت صلب و لوله به صورت الاستو-پلاستیک شبیه سازی شده اند. پس از شبیه سازی به بررسی تاثیر سه فاکتور اساسی در این فرایند یعنی قطر لوله اولیه، ضخامت ورق و طراحی غلتک ها بر روی نیروی وارد بر ایستگاه های شکل دهی و تغییرات ضخامت لوله و عیوب محصول نهایی شامل تورفتگی اضلاع و شعاع گوشه ی محصول پرداخته شده است. سپس با استفاده از روش تاگوچی ترکیب بهینه پارامترهای طراحی به منظور دست یافتن به محصول با کیفیت بدست آمده است. همچنین با استفاده از تحلیل واریانس میزان تاثیر و اهمیت هر یک از پارامترهای طراحی بر کیفیت محصول ارزیابی شده است. نتایج حاصل از این رساله اطلاعات کاربردی، برای طراحان فرآیند شکل دهی غلتکی سرد به همراه خواهد داشت.

یکی از پرکاربردترین روش های هیدروفرمینگ ورق، کشش عمیق هیدرودینامیکی با فشار شعاعی است که به عنوان روش هیدروفرمینگ در این پژوهش در نظر گرفته شده است. پارامترهای مهم در این روش عبارتند از سرعت سنبه، پیش فشار اعمالی به ورق، مسیر فشار، فشار نهایی سیال، ابعاد قطعه و . . . در این پژوهش، هیدروفرمینگ قطعات استوانه ای، استوانه ای سرکروی و مخروطی با استفاده از روش تراز قاچی شکل تحلیل شد. حل تحلیلی تراز قاچی شکل که رهیافت تعادل پیکر آزاد نیز نام دارد، شامل نوشتن تراز نیرو، روی قاچی از فلز با ضخامت جزئی است. در نتیجه معادله دیفرانسیلی به دست می آید که در آن تغییرات تنها در یک امتداد در نظر گرفته شده است. با استفاده از شرایط مرزی مناسب و انتگرال گیری، جواب این معادله به دست آمد و مواردی مانند ناپایداری، نسبت کشش و توزیع تنش بررسی شد. در ادامه، بهینه سازی فرآیند یاد شده به منظور ارضای سه تابع هدف به صورت هم زمان مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور از شبکه عصبی برای شبیه سازی مدل و از الگوریتم ژنتیک برای بهینه سازی استفاده شده است.

فرآیند آهنگری چرخشی، یک روش پیشرفته در شکل دهی فلزات به روش تدریجی است. در این فرآیند، قالب بالایی با زاویه مشخصی، حول محور عمودی یک ماشین با سرعت ثابت می چرخد. همزمان، قالب پایین قطعه را به صورت عمودی و در حالت پیشروی ثابت می فشارد. در این صورت فرآیند قادر است که تنها بخش کوچکی از قطعه را در هر مرحله به صورت مداوم شکل دهد. تغییر شکل تدریجی فلز در این روش نسبت به فرآیند های سنتی آهنگری، علاوه بر کاهش نیروی مصرفی، باعث کاهش ارتعاش در فرآیند، کیفیت یکنواخت، سطح پرداخت مناسب و دقت ابعادی بالا خواهد گردید و کاهش قابل ملاحظه ای از انرژی و ماده مصرفی را در بر خواهد داشت. به این دلیل علاوه بر پارامترهای فرآیند، شامل پیشروی، سرعت دورانی قالب متحرک فوقانی و زاویه چرخش، بررسی عواملی همانند توزیع سرعت جریان فلز، توزیع کرنش موثر و شکل نواحی تماس از اهمیت ویژه ای برخوردار است. علاوه بر آن، عیب های پدید آمده بر اثر تغییر پارامترهای ذکر شده، همانند عیب قارچی شدن ، توزیع ناهمگن کرنش موثر و ایجاد کرنش موضعی زیاد در این پایان نامه مورد بررسی قرار گرفته است.

در این تحقیق، تاریخچه ای کلی از فرایند خمکاری لوله ها مورد مطالعه قرار می گیرد، که شامل انواع مختلف فرایندهای خمکاری و تاثیرات پارامترهای مختلف طراحی بر فرایند می باشد. با انتخاب روش خمکاری دورانی- کششی و ارائه مدل های تحلیلی، عیوب ایجاد شده در حین فرایند را مورد بررسی قرار خواهیم داد. سپس با توجه به درجه اهمیت هر کدام از این عیب ها، با توجه به روابط تحلیلی و مدل های اجزائ محدود، در جهت رفع و یا اصلاح آن ها، به بهینه سازی شرایط خمکاری و اصلاح پارامترهای هندسی خواهیم پرداخت. در آخر به این سوال پاسخ خواهیم داد که، لوله ای با ابعاد هندسی مشخص را تحت چه شرایطی می توان خم کرد تا عیوب در آن بروز نکند. بدین ترتیب، دانش مورد نیاز برای اجرای فرایند خمکاری لوله های جدار نازک بدست خواهد آمد و در قدم بعدی با طراحی ابزارهای مورد نیاز می توان این فرایند را به اجرا درآورد. شبیه سازی فرایند خمکاری لوله توسط نرم افزار تحلیل اجزائ محدودabaqus انجام شده و نتایج با محاسبات تحلیلی و مشاهدات آزمایشگاهی مقایسه می گردد.

سازه¬های ساندویچی به دلیل نسبت استحکام به وزن مناسب و جذب انرژی بالا، کاربرد روز افزونی در صنایع مختلف پیدا کرده اند. ساختار¬های ساندویچی با هسته فومی، علاوه بر کاربردهای سازه ای، به عنوان جاذب های ضربه و انرژی نیز به کار می روند. بحث برخورد اجسام و نفوذ پرتابه در سازه های ساندویچی، به دلیل نسبت استحکام به وزن و قابلیت جذب انرژی بالا، مورد توجه محققان قرار گرفته است. ساختار سلولی این سازه ها قابلیت تغییر شکل پلاستیکی بزرگ در مقابل بارهای ضربه ای را داراست، که با توجه به چنین خصوصیتی، مقدار زیادی از انرژی جنبشی ناشی از برخورد، قبل از اینکه موجب تخریب سازه شود، جذب می¬گردد. در این پژوهش ابتدا یک مدل تحلیلی مرور می شود سپس یک مدل اجزا محدود از ضربه کم سرعت بر روی ساندویچ پنل اراِئه می شود. برای اطمینان از صحت نتایج تحلیلی و عددی 16 آزمایش طراحی و تاثیر پارامتر های مختلف این فرآیند همانند شکل ضربه زننده، انرژی پرتابه، ضخامت پوسته و ضخامت فوم مورد بررسی قرار میگیرند. فرآیند بهینه سازی جهت یافتن پارامتر موثر در ضربه و مینیمم نمودن ماکسیمم تغییر شکل پوسته سازه توسط روش تاگوچی اجرا می شود. بدین منظور با تعیین شاخص کیفیت، پرامترهای طراحی و آرایه های متعامد تاگوچی طرح بهینه ای از فرآیند ارائه شده و با استفاده از جدول تحلیل واریانس میزان مشارکت پارامتر ها در بهینه سازی به دست می آید.

فرآیندهای جوشکاری انفجاری از انواع جوشکاری های سرد می باشند که در آن ها دو قطعه کار عموماً دو قطعه هم جنس و یا غیر هم جنس بر اثر ضربه و فشار به یکدیگر اتصال دائم دار می شوند.تحقیقات به عمل آمده در این پایان نامه مربوط به جوشکاری انفجاری لوله های هم محور و تولید لوله های مرکب با استفاده از ترکیب گاز های استیلن و اکسیژن در فشار بالا200psi که روش نسبتاجدید و ابتکاری در تولید لوله های مرکب است و برای اولین بار در کشور و شاید در جهان مورد بررسی و آزمایش قرار گرفته است. با توجه به این موضوع، برای انجام آزمایش های مورد نیاز طراحی و ساخت دستگاه جدیدلازم وضروری گردیده است. کلیه ی قطعات مورد نیاز انجام آزمایش ها ابتدا در نرم افزار catia طراحی شده و سپس به دقت ساخته شده اند. آزمایش های متنوع با تغییر در پارامتر های گوناگون مانند ضخامت لوله ی داخلی، میزان فشار گازها و فاصله ی بین لوله ها انجام شد. ابتدا پارامترهای مورد نظر توسط نرم افزار آباکوس مدل سازی شدند و نتایج آن ها با داده های خروجی از آزمایش ها مقایسه گردیدند. نتایج حاصله نشان دادند که استفاده از مخلوط گاز های استیلن و اکسیژن قدرت انفجار بسیار خوبی در مقایسه با مواد منفجره شیمیایی مانند tnt ,c4 ندارند و اتصال نسبتاً ضعیفی در حد انطباق عالی بین قطعه ها رخ می دهد.

جوش ضربه ای نقطه ای (siw) فرآیندی دینامیکی و سرعت بالا است که با برخورد پرتابه به دو فلز هم جنس و یا غیر هم جنس در کسری از ثانیه اتفاق می افتد. این روش جوشکاری، به دلیل اینکه اتصال در فاز جامد صورت می گیرد، شامل اثرات زیان آور دما نبوده و نیز به تجهیزات حجیم و بزرگ نیاز ندارد. اتصال متالوژیکی در دو ناحیه ی مجزا که صفحات بر روی یکدیگر می لغزند و یا جایی که فشارهای عمودی بزرگ، گسترش یافته اند، مشاهده می شود. در تحقیق حاضر، از استوانه های فلزی با دو نوع دماغه با زاویه های °180 و °150، به عنوان پرتابه استفاده شده که سرعت آنها در لحظه ی برخورد بین 100 تا 150 متر بر ثانیه، متغیر بوده است. هدف از این تحقیق، بررسی مقایسه ی فرآیند جوشکاری ضربه ای با پرتابه های سرعت بالا در شرایط خلاء و فشار اتمسفر می باشد. از نرم افزار abaqus به عنوان یک ابزار قدرتمند شبیه سازی المان محدود برای شبیه سازی فرآیند جوشکاری ضربه ای نقطه ای استفاده و هم چنین پارامترهای موثر در جوش، با استفاده از روش تاگوچی، بهینه شده است. نتایج حاصل از آزمایش ها، باندینگ موفق را در محل برخورد هر دو نوع پرتابه، خصوصاً در نواحی مرکزی، به وضوح نشان می دهد.