کلیه مطالب این سایت فاقد اعتبار و از رده خارج است. تعطیل کامل

یکی از شاخه­های مهم و تخصصی علم مهندسی، شناسایی مشخصات فیزیکی و هندسی درون اجسام است. از مسائل شناسایی می­توان به شناسایی مدول الاستیسیته و نسبت پواسون مربوط به ناخالصی­های درون اجسام، شکل و موقعیت ریز حفره­ها، مرز بین اجسام ناهمگن و غیره اشاره کرد. روش­های غیر مخربی مانند تست رادیوگرافی به دلیل هزینه بالا برای تولیدات در حجم زیاد، اقتصادی نمی­باشند و استفاده از روش­های دیگر همچون تست­های غیر مخرب همچون آزمایش کشش، انتقال حرارت، ارتعاشات و غیره امروز رو به توسعه است. از آنجا که طبیعت حاکم بر این گونه مسائل غیر خطی و بدخیم می­باشد، از ترکیب یک روش عددی برای حل معادله دیفرانسیل حاکم بر مساله و روش­های دیگر برای بهینه کردن تابع معکوس استفاده می­ شود.

همانطور که در بالا اشاره شد همواره یکی از تلاش­ های مهندسین تعیین ساختار داخلی اجسام به روش­های غیر مخرب بوده است که به واسطه پیچیدگی ذاتی، تحلیل مشخصات درونی مواد معمولا با بهره گرفتن از تقریبات متعدد انجام می­ شود. روش­های مختلفی برای شناسایی ساختار درونی مواد وجود دارد که از کاربرد­های این روش­ها می­توان به تخمین مدول الاستیسیته، تخمین خرابی در جسم جامد الاستیک و آشکار سازی حفره زیر سطح اشاره نمود.

مهم­ترین مزیت روش المان­های مرزی در مقایسه با سایر روش­های عددی این است که معادلات انتگرالی حاصل، معادلات انتگرالی مرزی بوده لذا حل آن­ها تنها نیازمند افراز نمودن مرز مساله می­باشد این در مقایسه با روش­های دیگر همچون المان محدود و تفاضل محدود که نیازمند افراز نمودن کل دامنه می­باشند باعث کاهش بعد مسئله شده و به طور موثری کارایی محاسباتی را بالا می­برد. به عبارت دیگر در روش المان­های مرزی مسائل دو بعدی و سه بعدی به ترتیب به مسائل یک بعدی و دو بعدی تبدیل می­شوند.

در تحقیق حاضر، ابتدا معادلات الاستیسیته دو بعدی با روش المان­های مرزی [1] حل شده است. اولین گام در حل این معادلات بدست آوردن شکل تابع وزن می­باشد. جهت بدست آوردن شکل تابع وزن از تابع دلتای دیراک کمک گرفته شده است. این تابع وزن را اصطلاحاً تابع گرین مساله نیز می­نامند. با بدست آوردن شکل تابع وزن و تبدیل کلیه­ انتگرال­های دامنه­ای به  انتگرال­های مرزی با بهره گرفتن از انتگرال گیری جزء به جزء ، شکل نهایی انتگرال­های مرزی بدست آمده و بعد از آن نسبت به حل معادلات انتگرال مرزی اقدام شده است. با توجه به هندسه ناحیه حل و المان بندی مسئله تعداد 4*N معادله بدست می­آید(N تعداد المان) که این تعداد در روش اختلاف محدود N^2  است. با حل این انتگرال­های مرزی برای المان­های انتخاب شده روی مرز دامنه­ مورد بررسی، جواب کلی معادله بدست می­آید. تنها موردی که کاربرد این روش را مشکل می­نماید یا­فتن شکل تابع گرین در هر مساله جدید می­باشد.

برای حل معادله انتگرال مرزی ضمن گسسته کردن معادله، از روش قدم برداری زمانی با گام پیوسته استفاده شده است. در روش قدم برداری زمانی با گام پیوسته، زمان اولیه انتگرال گیری  t₀ فرض می­ شود و سپس برای هر گام زمانی انتگرال گیری لازم از معادلات انجام می­ شود. لازم به توضیح است که انتگرال گیری برای زمان­های بعد مجدداً از زمان t₀  شروع می­ شود.

در ادامه باید ابتدا به حل مستقیم مسئله الاستیسیته دو بعدی به روش المان مرزی با بهره گرفتن از نوشتن کد کامپیوتری پرداخته و بعد از حل مستقیم، به حل معکوس معادله الاستیسیته دو بعدی پرداخته می­ شود. در حل مسائل مستقیم، معادلات دیفرانسیل جزئی (PDE) عموما با مشخص بودن شرایط مرزی، شرایط اولیه و تمام مقادیر ثابت مربوط به خواص فیزیکی و شکل هندسی  ماده در معادلات حاکم، برای یک دامنه معین حل می­شوند. در مساله معکوس یک یا چند پارامتر که مربوط به مقادیر ثابت در شرایط مرزی، اولیه یا فیزیک مسئله هستند مجهول می­باشند که با بهره گرفتن از انتگرال گیری متغیرهای وابسته روی کرانه دامنه مذکور و با بهره گرفتن از روش بهینه سازی این پارمترهای مجهول تخمین زده می­شوند.

مسائل مستقیم جزء مسائل خوش وضع^[15] هستند.یک مسئله خوش وضع نامیده می­ شود اگر دارای سه شرط زیر باشند:

• یک جواب برای مساله وجود داشته باشد(شرط وجود)
• جواب مسالهکتا باشد(یکتایی)
• جواب فقط به معلومات مساله وابسته باشد(پایداری)

• خرید اینترنتی فایل کامل :

   

   

•  

مسائل معکوس جزء مسائل بد وضع طبقه بندی می­شوند و حداقل یکی از شرایط فوق را ندارد.

روش­های بهینه سازی متعددی برای حل مسایل معكوس وجود دارد. از رایج­ترین و قد­یمی­ترین روش های بهینه سازی، روش­های محلی است كه عمدتاً بر مبنای گرادیان تابع هدف كار می­كنند. با توجه به سرعت همگرایی بالا و تخمین خوب مقادیر مجهول عیب اصلی این روش­ها گیر افتادن در نقاط بهینه محلی و عدم حركت این الگوریتم­هاست .معمولا حدس اولیه مناسب و نزدیک به جواب راهكار مناسبی برای حل این مشكل می­باشد . علاوه بر این مسائل معكوس طراحی كه به منظور تخمین هندسه انجام می شود، بد وضع^[16] بوده و به شدت به خطاهای ورودی حساس می­باشند كه برای رفع این مشكل از توابع تنظیم استفاده می­ شود. روش­های تنظیم متعددی برای حل مسائل معكوس وجود دارد كه از مهم­ترین آن­ها می­توان روش تنظیم تیخونوف [3] و روش تنظیم بك [4] را نام برد . گر چه  هر كدام از این روش ها دارای مزایایی است، ولی هیچ یک به طور قطعی موثر واقع نشده است.

از دیگر روش­های بهینه سازی روش­های همگانی هستند كه معمولا تصادفی بوده و با مقدار مستقیم تابع هدف سرو كار دارند. الگوریتم ژنتیک در زمره روش­های همگانی و تصادفی بوده كه برای تخمین پارامترهای مجهول چه برای مسائل خطی و چه برای مسائل غیر خطی به كار می رود. در [5] هندسه و موقعیت حفره درون یک قاب دوبعدی به وسیله تلفیق سه روش المان مرزی، الگوریتم ژنتیک و گرادیان مزدوج، با آزمایش كشش بررسی شده است. در این تحقیق سازگاری روش­های الگوریتم ژنتیک و گرادیان مزدوج با روش المان­های مرزی كاملاً مشهود است . مقاله حاضر یک جسم دو بعدی با یک حفره را مورد بررسی قرار داده، ولی روش بطور كلی محدودیتی ندارد . بسط به مسائل سه بعدی و سازه­های داخلی پیچیده­تر قابل بررسی می باشد .همچنین روش مطرح شده می تواند در زمینه انجام آزمایشات غیر مخرب^[17] كاربردی موثر داشته باشد.

در این پروژه پس از حل مستقیم مسئله الاستیسیته دوبعدی به روش المان­های مرزی برای بدست آوردن جابه­جایی­ها و ترکشن­ها، به حل معکوس مسئله پرداخته می­ شود. برای حل مساله معکوس از الگوریتم بهینه سازی ژنتیک استفاده می­ شود. این الگوریتم از یک روش بهینه سازی استفاده می­ کند تا ساختار محیط را به وسیله مینیمم کردن یک تابع هدف مناسب بدست آورد. این تابع هدف خطای بین داده اندازه ­گیری شده و داده تحلیلی را مدل می­ کند. نوع الگوریتم بهینه سازی تابع هدف، بهینه سازی همگانی^[18] (الگوریتم ژنتیک) می­باشد.

سرعت الگوریتم محلی نسبت به نوع همگانی بیشتر است. در صورتی که این الگوریتم به درستی مقدار­دهی نشود ممکن است در مینیمم محلی گیر بیفتد که در این صورت الگوریتم به جواب نادرست می­رسد. برای رفع مشکلات الگوریتم محلی از الگوریتم بهینه سازی همگانی (الگوریتم ژنتیک) استفاده می­ شود. این روش مزیت­هایی از قبیل توانایی جستجوی قوی، سادگی، تطبیق پذیری و غیر حساس بودن به حالت بد وضعی را دارا می­باشد. در عوض معایبی دارد از جمله اینکه نیاز به زمان زیاد جهت اجرا دارد.

[1] Elastostatic

[2] Boundary element method

[3] Genetic Algorithm

[4] Conjugate Gradient Method

[5] Simplex

[6] Tractions

[7] -Multi-Modality

[8] Ill pose

[9] Local optimization

[10]  Finite difference method(FDM)

[11]  Finite volume method(FVM)

[12]  Finite element method(FEM)

[13]  Boundary element method(BEM)

[14]  Partial Differential Equation)PDE(

[15] Well pose

[16] Ill pose

[17]  Nondestructive Test

[18] Global optimization

هدف از اعمال پوششی مناسب، بدست آوردن مقاومت دراز مدت در برابر محیط خورنده می‌باشد. پوشش‌های دمای بالا، از جمله پوشش‌هایی هستند که جهت افزایش طول عمر قطعات توربین‌های گازی از جمله پره‌ها بکار برده می‌شوند. جهت بدست آوردن راندمان بیشتر در توربین‌های گازی طبق محاسبات ترمودینامیکی لازم است که دمای گاز خروجی از پره‌ها بالاتر رود. با افزایش دما، بخاطر فعالیت بیشتر محیط و تغییرات دینامیکی در ساخت اجسام، مشکلاتی از قبیل خزش، خستگی حرارتی، اکسیداسیون و خوردگی داغ بوجود می‌آید که نیاز به توسعه و تولید مواد بهتر، وجود دارد. همچنین با توجه به اینکه با افزایش استحکام، مقاومت به اکسیداسیون و خوردگی در دمای بالا کاهش می‌یابد، سعی بر این است که بتوان ابتدا آلیاژی با استحکام بالا تولید و سپس جهت حفاظت آن‌ ها در برابر عوامل ذکر شده سطوح آن‌ ها را پوشش داد.

خرید اینترنتی فایل کامل :

یکی از راه‌های افزایش راندمان و کارایی توربین‌های گازی، افزایش دمای ورودی می‌باشد. نیاز به افزایش دمای کاری پره‌ها، افزایش عملکرد و طول عمر اجزای مورد استفاده در توربین گازی منجر به پیشرفت تکنولوژی علم مواد شده است. این بهبود عملکرد از طریق طراحی مواد جدید و روش‌های تولید بهتر قابل دستیابی است. به این منظور توسعه سوپرآلیاژهای پایه نیکل از حالت کار گرم شده به ریخته‌گری، ریخته‌گری جهت‌دار و تک کریستال صورت گرفته است و در ادامه پره‌های پوشش‌دار جایگزین پره‌های بدون پوشش شدند.

مقاومت به اکسیداسیون پوشش‌ها در دمای بالا به دو صورت میسر می‌شود: یکی با ایجاد پوششی خنثی در برابر محیط خورنده که که با آن محیط واکنش نداده و دیگری پوشش‌هایی که با تغییر ترکیب سطح توسط یک عنصر فعال و واکنش آن با محیط، لایه ای محافظ بدست آید که بتواند سطح را در برابر محیط محافظت کند. از دسته اول پوشش‌های TBC و از دسته دوم پوشش‌های نفوذی از جمله آلومینایزینگ، کرومایزینگ و سیلیکونایزینگ را می‌توان نام برد.

روش مخلوط پودری (آلومینیوم­دهی) یک روش مهندسی نسبتا ارزان برای تشکیل پوشش ­های دمای بالا است. سادگی فناوری مورد نیاز، تکرار پذیری قابل قبول و قابلیت پوشش­دهی قطعات با شکل و اندازه متنوع این روش را برای مدت طولانی در صدر فناوری­های مورد استفاده صنایع دمای بالا به ویژه توربین­ها قرار داده است.پوشش‌های نفوذی آلومینایدی با غنی کردن سطح آلیاژ از آلومینیوم بدست می‌آیند که با ایجاد اکسید آلومینیوم بر روی سطح پوشش در محیط، لایه محافظی در مقابل نفوذ اکسیژن تشکیل می‌گردد. رشد این لایه نسبت به اکسیدهای دیگر کم بوده و می‌توان با این روش آلیاژ پایه را در دماهای بالا محافظت نمود، زیرا این اکسید تا دماهای نزدیک به 1100 درجه سانتیگراد مقاوم می‌باشد.

جدول (1-1): مقایسه خواص میکرو سیالات با نانو سیالات

خرید اینترنتی فایل کامل :

موضوع مهم دیگری که باید مورد توجه قرار گیرد، پایداری نانو سیال است. برای پایداری سوسپانسیونی که از مخلوط کردن مستقیم نانو ذرات با سیال پایه ایجاد می­ شود، از مواد فعال‌کننده سطحی یا پراکنده سازهایی نظیر (نمک لورات و اسید الیک) استفاده می‌کنند. این مواد نانو ذرات را احاطه کرده و مانع کلوخه شدن آن‌ ها می­شوند.هم اکنون جهت کاربردهای حرارتی به طور گسترده از نانو ذرات Cu، CuO، TiO₂ وAl₂O₃ به همراه یکی یا ترکیب سیالات آب، آب-آمونیاک، روغن مبدل و اتیلن گلیکول استفاده می­ شود[۴]. معمولاً نانو سیالات تولیدشده از ذرات خالص فلزی دارای خواص انتقال حرارت بهتری از نوع اکسیدشده آن فلز هستند. نانو ذرات اکسید آلومینیوم به خوبی در آب مقطر مخلوط می­شوند اما نانو ذرات قهوه­ای رنگ مس طی مدت زمان کوتاهی در آب اکسیدشده و به اکسید مس سیاه رنگ با خواص ضعیف­تر انتقال حرارتی نسبت به مس تبدیل می‌گردند. پس باید در انتخاب سیال پایه و نانو ذرات دقت کافی را مبذول داشت. مزیت استفاده از اکسید نانوذرات نسبت به نانوذرات، در این است که سوسپانسیون­های پایدارتری بوجود می­آورند.

[1] Argonne

1-1- پیشگفتار

در سال 2400 قبل از میلاد مصریها از سیال برای کاهش تعداد نیروی انسانی مورد نیاز برای کشیدن بلوکهای سنگی بزرگ استفاده کردند. بعد از آن حدود سال 1100 قبل از میلاد استرالیائی­ها از غلتکهای چوبی برای بلوکهای مشابه استفاده کردند اما آنها متوجه مفهوم غلتش به جای لغزش شدند و این موجب توسعه بلبرینگهای غلتشی شد.

بنابراین اختراع بیرینگ یا آنچه كه بنام بلبرینگ در صنعت شناخته شده است به هزاران سال قبل بر می­گردد. در آن زمان بشر دریافت كه حركت چرخشی به مراتب ساده تر از حركت لغزشی صورت می پذیرد لذا اگر در وسائلی نظیر چرخ ارابه ها و گاری­ها یا سنگ­های آسیاب قدیمی از سنگ یا چوب بصورت گویچه ها   ( ساچمه ) در آورده و ما بین قطعاتی كه نسبت به هم حركت دارند، قرار دهد، به مراتب انرژی كمتری مصرف شده و بر نیروی اصطكاك موجود مابین قطعات مزبور غلبه خواهد كرد. بدین ترتیب در گذر زمان بتدریج،گویچه ها بصورت كامل در آمده و با گرفتن حلقه های داخلی و بیرونی و قطعاتی نظیر قفسه، شكل بیرینگ امروزی را به خود گرفتند.

بیشتر پیشرفت­هائی كه در زمینة صنایع و مهندسی صنایع در جهان صورت گرفته و یا می­گیرد كه جزو لاینفك قرن حاضر می باشند بدون وجود بیرینگ ها كه تا حد زیادی بر نیروی اصطكاك موجود در تمامی ماشین آلات و صنایع ماشین سازی و الكتریكی و خانگی و در صنایع خودروسازی غلبه می كند، امكان پذیر نبوده و با پیشرفت روز افزون در صنایع ماشین سازی و خودروسازی روز بروز بر اهمیت وجود بیرینگ ها افزوده می شود.

ازنظرتاریخی زمان اختراع بیرینگ ها بطور دقیق مشخص نیست اما با وجود كشفیات و شواهد تاریخی   می توان گفت كه ساخت بیرینگ به دوران روم باستان بر می گردد كه پیشروان صنعت بیرینگ در آن زمان زندگی می كرده اند، زیرا هنگامی كه در سال 1928 دریاچة نمی^[1] خشك شد بر روی یكی از دو كشتی پاروئی كه از زمان امپراطور بزرگ روم كالیگولا باقی مانده بود بلبرینگی یافت شد كه تكیه گاه های آن از چوب ساخته شده بود و دارای ساچمه های برنزی بود، كه از نظر شكل نیز شبیه بلبرینگ های امروزی بوده است. احتمالاً این بلبرینگ در زیر مجسمة بسیار بزرگی برای حمل و یا چرخش آن قرار داده شده بود.

1500 سال بعد لئوناردو داوینچی فیلسوف و ریاضیدان ایتالیائی در دوران حیات خود محاسباتی بر روی یاتاقانهای غلطشی انجام داد كه بر حسب آن محاسبات بلبرینگ بصورت ابتدائی ساخته شد و می توان گفت كه تا حدود اواخر قرن نوزدهم و تا زمان اختراع دوچرخه و چرخ خیاطی، ماشین بخار، ماشین آلات نساجی و غیره اقدامات چندانی در تكمیل و ساخت بیرینگ ها صورت نگرفته بود.

در اواخر قرن نوزدهم با گسترش صنعت دوچرخه سازی اولین تقاضا برای یاتاقانهای بدون اصطكاك بود لذا در همین عرصه كارخانه هائی درانگلستان و آلمان شروع به ساختن ساچمه های فولادی كردند كه تقریباً در همین زمان نیز بلبرینگ به نسبت خیلی كم برای كارهای مهندسی در امریكا ساخته می شد. با اینكه دانش بشر در زمینة بیرینگ ها در سطح ابتدائی بود اما نیاز به وجود اجسامی كه بتواند خصوصیات مربوطه را داشته باشند و به مقدار بسیار زیادی بر نیروی اصطكاك فائق آید بیشتر احساس می شد. بعدها دانشمندی بنام رابت استریبک^[2] تحقیقات اساسی در مورد مهندسی بیرینگ انجام داد. در همین زمان بود كه گسترش صنعت اتومبیل سازی بهترین زمینة تقاضا برای این محصول بود. بنابراین در عرض ده سال یعنی از سال 1902 الی 1912 بیش از هفت نوع بیرینگ كه امروزه نیز مورد استفاده قرار میگیرد ساخته شد.

با ایجاد تحول اساسی در تكنولوژی طی سده های نوزدهم و بیستم به جهت گسترش نیازهای بشری و پیشرفت سریع تكنولوژی در عرصه های صنایع ماشین های ابزار و افزار، صنایع خودروسازی، وسایل خانگی، سازه های فضائی و بسیاری از صنایع دیگر این محصول نیز روزبروز تكامل یافته تر شد. چرا كه این محصول رابطة تنگاتنگی با

خرید اینترنتی فایل کامل :

 كارآئی دستگاه ها و خودروهای ساخته شده و ارتباط قریبی با ارتقاء سطح تكنولوژی بشری دارد.

البته تولید بیرینگ ها بصورت انبوه، مدرن و استاندارد به سال 1907 بر می گردد. در این سال مهندسی در یک كارخانه نساجی به سبب بروز مشكلاتی كه از شكستن بیرینگها در اثر خمش شفت متوجه خط تولید می شد به فكر ساخت برینگی افتاد كه بتواند خود را با خمش شفت مطابقت  دهد كه این شخص دكتر سوان وینكوئیست بنیانگذار شركت –- بلبـرینـگ  SKF  سوئـد بوده  كه به اخـتراع بلبرینـگ های خود تنـظیم  دســت یافـت. امروزه بیرینگها در انواع متنوع و مختلف در ابعاد بسیار وسیعی در سراسر دنیا توسط شركتهای SKF تولید می شود.

تضمین كیفیت و كارآئی مناسب بیرینگها تحت دورها و شرایط پیچیدة بارهای اعمال شده و شرایط استثنائی نظیر كار در درجه حرارتهای بحرانی، خلاء و محیطهای خورنده و غیره از دلائل عمده ای است كه تأكید بر گسترش دامنة مطالعات و تحقیقات و پیشرفت روز افزون در تكنولوژی ساخت بیرینگ ها در این عرصه از صنعت را دارد.

1-2- بیان مسئله

در این تحقیق فرض می­ شود که محور می تواند آزادانه حول محور z دوران کند در تحلیلهای ارتعاشی فرض می شود که دامنه ارتعاشات منتقل شده به بلبرینگ خیلی کوچکتر از جابجایی بلبرینگ به خاطر پیش بار و بارهای خارجی باشد. با داشتن فرضیات فوق، مدل سیستم خطی متغیر با زمان به شکل زیر معرفی می گردد:

که M و C و K به ترتیب جرم و دمپینگ و سختی بلبرینگ و  به ترتیب بردارهای نیروی کلی و جابجایی کلی بلبرینگ می باشند. پس از استخراج مولفه های مختلف ماتریس سختی سیستم، تاثیر این مولفه ها بر مشخصه های ارتعاشی مانند فرکانس های طبیعی، شکل مودهای سیستم و … بررسی خواهد شد.

بنابراین اهداف این تحقیق به شرح زیر خواهد بود:

• توسعه یک ماتریس سختی جدید برای بلبرینگ ساچمه ای تماس زاویه ای دو ردیفه
• توسعه یک مدل تحلیلی ساده برای سیستم محور- بلبرینگ
• محاسبه مولفه های ماتریس سختی و بررسی نقش آنها در مشخصات ارتعاشی سیستم محور- بلبرینگ
• بررسی تاثیر پیش بار بر خصوصیات ارتعاشی سیستم

[1] Nemi

[2] Robert stribeck