پیاده سازی عددی یک مدل برای نرخ کرنش های بالا به منظور شبیه سازی فرایند اسپری سرد

اسپری سرد یک فرآیند نسبتا جدید است که از آن برای پوشش دهی و ساخت قطعات جدید استفاده می شود. در این فرآیند ذره های پودر در دمای پایین به سمت زیرلایه یا لایه قبلی پرتاب می شود. به دلیل سرعت بالا در این فرآیند، ذره ها در لحظه ی برخورد دارای انرژی جنبشی بسیار زیادی هستند که پس از برخورد باعث ایجاد تغییر شکل زیاد در ذره ها و زیرلایه شده و در نهایت سبب ایجاد پیوند های مولکولی محکمی بین ذره ها و زیرلایه می شود. همچنین به خاطر سرعت بالای ذره های پودر در زمان برخورد به زیرلایه، تغییر شکل ذره ها در نرخ کرنش های بسیار بالا (109 برثانیه) انجام می پذیرد. نرخ کرنش مذکور به نسبت فاصله از محل برخوردکاهش پیدا می کند. به همین دلیل نرخ کرنش در این فرایند از حدود 109 برثانیه تا صفر تغییر می کند که نشان می دهد این فرایند در محدوده ی وسیعی از نرخ کرنش ها انجام می پذیرد.به طور کلی مطالعات تجربی فرایندها بسیار هزینه بر می باشند. از این رو محققان تلاش می کنند تا راه های ساده تر و کم هزینه تری برای یافتن نتایج فرایند مورد نظر خود پیدا نمایند. یکی از این راه ها شبیه-سازی فرایندها می باشد. شناخت توانایی های فرآیند اسپری سرد در ساخت پوشش ها و قطعات جدید از مواد گوناگون نیز نیازمند آزمایش های هزینه بر و متعدد می باشد. به همین دلیل، تحقیقات بیشتر به منظور دست یابی به شبیه سازی صحیح این فرآیند لازم و ضروری به نظر می رسد.با وجود ناتوانی مدل جانسون-کوک در پیش بینی تنش سیلان در نرخ کرنش های بسیار بالای معمول در این فرآیند، مطالعات نشان می دهد که تمامی تحقیقات گذشته از این مدل در شبیه سازی این فرآیند استفاده کرده اند. بنابراین انتظار می-رود که با استفاده از یک مدل ماده مناسب تر برای نرخ کرنش های بسیار بالا بتوان دقت شبیه سازی های گذشته را بهبود بخشید. تا کنون مدل های ماده بسیاری برای پیش بینی رفتار ماده در نرخ کرنش های بالا ارائه شده اند. ولی بیشتر این مدل ها برای یک فرایند خاص ارائه شده و فقط در شبیه سازی آن فرایند جواب های قابل قبولی را ارائه می دهد. از این رو برای یافتن مدلی که بتواند فرآیند مورد نظر را شبیه سازی کند بایستی پیش بینی های آن مدل با آزمایش های تجربی مقایسه شده و درستی نتایج اثبات شود. به همین دلیل در این تحقیق، تمرکز بر اهمیت استفاده از مدل های ماده مختلف برای نرخ کرنش های بالا در شبیه سازی فرآیند اسپری سرد صورت گرفت. تعداد شش مدل ماده مناسب برای نرخ کرنش های بالا در نرم افزار آباکوس پیاده سازی و سپس با استفاده از آن ها فرآیند اسپری سرد برای فلز مس شبیه سازی شد. مقایسه نتایج نشان داد که مدل ماده انتخاب شده برای شبیه سازی، تاثیر بسیار زیادی در نحوه ی تغییر شکل ذره و زیرلایه می گذارد.لازم به ذکر است که شبیه سازی ها در نرم افزار آباکوس با دو روش انجام گرفت. روش اول استفاده از روش مرسوم المانهای لاگرانژی و روش دوم استفاده از هیدرودینامیک ذرات هموار می باشد. به طور کلی مقایسه نتایج حاصل از این دو روش نشان داد که نتایج هر دو روش تقریبا نزدیک است، با این تفاوت که روش هیدرودینامیک ذارت هموار دمای محل برخورد را کمی پایین تر از المان محدود پیش بینی نمود و از طرف دیگر به مقدار ناچیزی تغییر شکل بیشتر و نفوذ کمتری را نیز برای ذره نشان داد.