امروزه، اتصالات جوش در خطوط لوله تحت شرایط دمای بالا و بارهای مکانیکی، کاربرد گسترده ای در نیروگاهها، پالایشگاهها و پتروشیمی دارند. با این وجود این اتصالات یکی از نقاط ضعف طراحی مکانیکی این لوله ها، به حساب می آیند که به دلیل ضعف تکنولوژی جوشکاری، ناهماهنگی خصوصیات مکانیکی در اتصال جوش و وجود تنش های پسماند ناشی از جوشکاری می باشد. از طرفی در این اتصالات، بدلیل وجود لایه های متفاوت و نیز از آنجائی که در دمای بالا مورد استفاده قرار می گیرند، رفتار مکانیکی، پیچیده بوده و مطالعه رفتار خزشی آنها از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد. در این تحقیق، با بررسی آلیاژهای متفاوت، آلیاژ فولاد ضدزنگ cd 304l که قابلیت جوشکاری و مقاومت خزشی بالائی دارد، انتخاب شده است. آلیاژ فولاد ضدزنگ cd 304l و اتصال جوشی آن به دلیل ویژگیهائی که دارند، کاربرد گسترده ای در تولید نیرو و صنایع پتروشیمی دارند. برای بررسی تاثیر تنش پسماند بر روی رفتار خزشی اتصال جوش این آلیاژ، ابتدا رفتار خزشی و ضرایب معادله های اساسی لایه های مختلف جوش برای فولاد ضدزنگcd 304l بصورت تجربی تعیین شده است. به این منظور نمونه های تست خزش از ماده اصلی، ماده جوش و منطقه تحت تاثیر گرمای ناشی از جوش(haz)، بر اساس استاندارد astm a276-05a تهیه شده و رفتار خزشی این مواد توسط دستگاه خزش تک محوره تست شده است. همچنین بدلیل وجود پراکندگی در داده های تجربی از روشهای عددی بهینه سازی برای تعیین ضرایب معادله های اساسی هر یک از لایه ها، استفاده شده است. سپس با بررسی عددی و محاسبه تنش های پسماند ناشی از جوشکاری، در اتصال جوش لب به لب لوله حاوی بخار داغ، رفتار خزشی محل اتصال جوش مورد نظر و عمر آن، در حضور تنش های پسماند و نیز بدون این تنش ها مورد بررسی و مقایسه قرار گیرد. نتایج این تحقیق نشان می دهد که مقادیر تنش های پسماند موجود در محل اتصال قابل ملاحظه بوده و چشم پوشی از آن در تحلیل های خزشی منجر به خطای فاحشی خواهد شد. علاوه بر آن، در سطح دما کاری صنایع تولید نیرو و نیز نفت، گاز و پتروشیمی تنش های پسماند در محل اتصال جوش حتی با مرور زمان کاهش قابل ملاحظه ای نیافته و در اثر حضور این تنش ها نه تنها عمر خزشی اتصال جوش به حد پائین حدود چهار سال کاهش می یابد بلکه محل ایجاد و رشد ترک ها نیز تغییر می یابد.

در این پروژه تأثیر خواص مکانیکی ورق نظیر تنش جریان و ضرایب ناهمسانگردی، بر کیفیت قطعه تولیدی در فرایند کشش عمیق در تولید پانل های بدنه خودرو مورد تحقیق قرار گرفته است. لذا در این راستا اسناد کویل های خریداری شده توسط شرکت ایران خودرو برای دو قطعه سقف و درب موتور خودروی پژو 206 اخذ گردید و بر اساس بیشترین اختلاف ممکن در پارامترهای مکانیکی مواد، ورق های موجود در اسناد به دو دسته تقسیم بندی گشتند. پس از دسته بندی مواد و با توجه به اهداف پروژه مبنی بر یافتن بازه های ایمن نیروی ورق گیری و دستیابی به هدف کاهش انرژی مصرفی در پروسه تولید، با اعمال نیروهای متفاوت ورق گیری با استفاده از روش شبیه سازی المان محدود و با استفاده از نرم افزار auto form شبیه سازی ها انجام گردیده است با توجه به اهمیت تأثیر ضرایب اصطکاک در سطح مشترک ابزارها و ورق، نقش این پارامتر نیز مورد مطالعه قرار گرفته است. در این راستا برای هر یک از دو قطعه شبیه سازی ها در چهار ضریب اصطکاک مختلف انجام و نتایج ارایه شده است. علاوه بر این فرایند شکل دهی قطعه سوم که تودری جلو خودروی سمند است نیز شبیه سازی شده و نتایج شبیه سازی ها با آزمون تجربی که اندازه گیری کرنش با استفاده از روش تحلیل دایره ای می باشد، مقایسه گردیده است در انتهای نیز تأثیر استفاده از نیروی ورق گیری متغیر با پروفیل خطی بر عملیات شکل دهی این قطعه با استفاده از شبیه سازی مورد بررسی قرار گرفته و جهت دستیابی به کمینه نازک شدگی، پروفیل بهینه معرفی شده است.

در این پروژه رفتار مکانیکی و چسبندگی پوشش های ایجاد شده به روش چرخشی مورد بررسی قرار گرفته است. در گام نخست، جهت ایجاد پوشش های نازک میکرونی بر سطح شیشه دستگاه اسپینر ساخته شد. در ادامه، نظر به ماهیت فرآیند پوشش دهی چرخشی و تاثیر پارامترهای ریولوژیکی ماده، برر ضخامت پوشش در این روش، با هدف دست یابی به ضخامت های بالاتر و بررسی اثر این پارامتر در خصوصیات مکانیکی پوشش، دو نوع پوشش پلیمری پلی استر ملامین و اکریلیک ملامین تولید شد و سپس ضخامت پوشش های داده شده توسط کمپراتور الکتریکی در آزمایشگاه اندازه گیری دقیق، اندازه گیری شد. در مرحله بعدی، ساخت دو نوع سل-ژل هیبریدی آلی-معدنی، با درصد پیش ساز و زرین های مختلف به منظور بررسی اثر این پارامترهابر خصوصیات مکانیکی پوشش، مورد توجه قرار گرفت در جهت مطالعه تاثیر فرایند پخت نهایی، سل ژل های مذکور توسط دستگاه اسپینر بر روی سطح شیشهاعمال شده و در دماهای مختلف در کوره پخت شدند. سپس سختی ویکرز و نوپ این پوشش ها اندازه گیری شد و با استفاده از مقادیر اندازه گیری و روابطی که در مقالات چاپ شده مدول الاستیک به دست آمد. هم چنین در ادامه تاثیر پارامترهای فوق بر روی چسبندگی این نوع پوشش ها با استفاده از روش پیل-تست بررسی شد. بهترین سرعت و زمان جهت رسیدن به یکنواخت ترین پوشش سرعت 1200 دور در دقیقه و زمان 120 ثانیه بود. مدول الاستیسیته پوشش های پلی استر ملامین 8 مگا پاسکال و مدول الاستیک اکریلیک ملامین 5 پاسکال بدست آمد. هم چنین مدول الاستیک پوشش های سل-ژل 11 مگا پاسکال شد.

فراین چرخکاری (spinning) یک روش تولید بدون براده برداری برای شکل دهی اجسام متقارن محوری می باشد. این روش یک فرایند فرم دهی پلاستیک نقطه ای بوده و طی آن یک صفحه تخت و یا یک قطعه کار استوانه ای با حرکت محوری-شعاعی و یا فقط محوری ابزار به شکل قالب چرخانی (rotating mandrel chuck) در می آید. در فرایند چرخکاری میتوان با انتخاب مناسب پارامترهای موثر در فرایند از به وجود آمدن عیوبی مانند پارگی و چروکیدگی در قطعه کار جلوگیری و همچنین میزان برگشت فنری قطعه کار را برای به دست آوردن قطعه با ابعاد مورد نظر تحت کنترل در آورد. با توجه به پیچیدگی فرایند شکل گیری قطعه در حین پروسه چرخکاری، تا کنون هیچ تحلیل تئوری جامع در زمینه فرایند چرخکاری ارائه نشده است و با احاطه به این مساله که کنترل کنترل کلیه پارامترهای موثر در فرایند شکل دهی به صورت تجربی، زمان بر و پر هزینه می باشد. لذا در این پایان نامه گزارش کاملی از مدل سازی سه بعدی المان محدود چرخکاری یک قطعه مخروطی شکل توسط نرم افزار abaous ارائه شده است. در ادامه و به منظور مقایسه نتایج حاصل از تحلیل عددی با آزمایش تجربی یک قالب مخروطی شکل ساخته شده و قطعات با ضخامت هار مختلف شکل دهی شدند. اندازه گیری دقیق پروفیل به دست آمده از قطعات شکل دهی شده و مقایسه با نتایج حاصل از تحلیل عددی نشانگر این مساله است که فرایند شبیه سازی میزان برگشت فنری را در طول مسیر بیش از انچه که در واقعیت رخ می دهد پیش بینی می کند البته با توجه به تطابف نسبتا خوبی که دو نمودار از خود نشان می دهند می توان از شبیه سازی المان محدود فرایند چرخکاری به عنوان جایگزینی مناسب برای آزمایش تجربی و به منظور بررسی پارامترهای مختلف و تاثیر آن ها بر نحوه فرایند شکل دهی استفاده کرد.

در این پروژه عملیات شکلدهی لوله با فشار سیال به کمک روش المان محدود در دو هندسه مختلف تحلیل شد. تاثیرات پارامترهای مختلف مدلسازی بر روی نتایج شبیه سازی مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه به منظور بهینه سازی شکل پیش فرم اولیه، یک برنامه کامپیوتری بر پایه تحلیل حساسیت هندسی آماده شد. برنامه تهیه شده ورودی هایی نظیر مدل اولیه فرایند و شکل هدف را گرفته و پس از تحلیل, خطا را محاسبه می کند. برنامه مذکور به منظور از بین بردن خطای شکلی، شکل لوله اولیه را اصلاح می کند. با استفاده از این روش شکل پیش فرم اولیه برای تولید قطعه مورد نظر اصلاح شد. در مرحله بعد، ارتفاع برجستگی, ضخامت در ناحیه برجستگی و کاهش ضخامت در ناحیه مرکزی قطعه بعنوان هدف در نظر گرفته شد. سپس با استفاده از روش طراحی آزمایش تاگوچی و استفاده از آنالیز واریانس به بررسی تاثیر ابعاد لوله اولیه بر هر کدام از توابع هدف پرداخته شد. سپس, با استفاده از روش پاسخ سطح ابعاد لوله اولیه بهینه شد. هدف از انجام این پروژه ارائه روش و راهکار مناسب برای طراحی پیشفرم و ابعاد اولیه لوله است. درانتهای این تحقیق ابعاد لوله اولیه بگونه ای بدست می آید که قطعه بهینه مورد نظر تولید شود. در نهایت, آزمایشهای تجربی برای بررسی صحت نتایج بدست آمده بر روی اتصال لوله تی شکل انجام گرفت. نتایج آزمایش های تجربی و المان محدود از توافق خوبی بر خوردار بود.

در این پروژه، ابتدا روش میانیابی المان های مرزی به کمک روش المان محدود، به منظور طراحی قالب های پیش فرم قطعه متقارن محوری بکار رفته است. طرح قالب های پیش فرم با برنامه نوشته شده به زبان python در محیط نرم افزار المان محدود abaqus، با داشتن بیلت اولیه و طرح قالب نهایی بصورت مدل های المان محدود، تولید شدند. سپس عملیات فورج دو مرحله ای با استفاده از پیش فرم های طراحی شده مدلسازی گردید. از نتایج بدست آمده مشاهده شد که استفاده از این پیش فرم ها موجب بهبود شرایط فرآیند می گردد. در ادامه پیش فرم بهینه ای که منجر به حذف عیوب هندسی قطعه و نیز توزیع یکنواخت تر کرنش پلاستیک موثر و به عبارت دیگر تغییر شکل یکنواخت تر قطعه می گردد، تعیین شد. در بخش دیگر این پروژه، کاربردپذیری روش آنالیز حساسیت بر پایه روش المان محدود به منظور طراحی پیش فرم عملیات فورج، بررسی گردید و نشان داده شده که این روش می تواند در عملیات فورجینگ جهت دستیابی به شکل بیلتی که منجر به از بین رفتن خطای هندسی قطعه نهایی فورج گردد، استفاده شود. هم چنین توزیع کرنش پلاستیک موثر یکنواخت تری با استفاده از این روش بدست آمد. مدلسازی فیزیمی فرآیند فورج، با استفاده از ماده مدلسازی پلاستیسین به منظور بررسی و مصور سازی الگوی جریان ماده، یکی دیگر از اهداف این پروژه بود. در این قسمت، پس از انجام مدلسازی عملیات فورج تک مرحله ای و دو مرحله ای مشخص گردید که مدل رفتاری الاستو-ویسکو پلاستیک که در مدل المان محدود جهت شبیه سازی فرآیند شکل دهی بکار رفته است، بخوبی توصیف کننده رفتار جریانی این ماده حین پروسه فورجینگ می باشد. این انطباق هم به لحاظ نیروی شکل دهی و هم الگوی جریان ماده مشاهده گردید.