مهندسی مکانیک مدرس
سال:1400 | دوره:21 | شماره:10 |تعداد مقالات:6

امروزه تحقیقات در استفاده از میکروکانال های آکوستوفلویدیکی در جداسازی میکروذرات و سلول ها رو به گسترش است. برای استفاده بهینه از انرژی صوتی، این میکروکانال ها باید از نظر ابعادی به درستی طراحی و ساخته شود. در این مقاله نحوه طراحی و ساخت میکروکانال های آکوستوفلویدیکی شرح داده شده و در ادامه یک میکروکانال آکوستوفلویدیکی فلزی دو گره ای طراحی و ساخته شده است. به منظور ارایه روشی ارزان و قابل اعتماد، این میکروکانال از جنس آلومینیوم و با ماشین فرز CNC سه محور ساخته شد. سپس به منظور بررسی عملکرد میکروکانال از نظر آکوستوفلویدیکی، آزمایش هایی برای بررسی قابلیت آن در آوردن ذرات شناور در خون انسان (مانند گلبول های سفید و قرمز) و سلول های BT-20 محلول در PBS به محل گره های موج انجام شد و نشان داده شد که روش طراحی و ساخت بکار گرفته شده مناسب برای میکروکانال های آکوستوفلویدیکی است. همچنین از آنجا که استهلاک امواج صوتی در میکروکانال، موجب افزایش دمای سیال و آسیب به سلول ها می شود، افزایش دما در این میکروکانال بررسی و نشان داده شد که طراحی صحیح و استفاده از فلزات با ضریب انتقال حرارت بالا در ساخت میکروکانال می تواند از افزایش دما به مقداری که سلول ها آسیب ببینند جلوگیری کند.

در پژوهش حاضر، روش جدیدی به نام فرآیند اکسترود شدن فشاری تناوبی هیدرواستاتیک لوله، معرفی شده است که با بهره گیری از سیال تحت فشار و نیز با نیروی مناسب پرس، علاوه بر این که قابلیت تغییرشکل پلاستیک شدید و بهبود ریزساختار و خواص مکانیکی قطعات لوله ای شکل را دارد بلکه پتانسیل تولید لوله هایی با طول نسبتا بلند را نیز دارا می باشد. در این پژوهش، با انجام آزمون های تجربی معین، خواص ریزساختاری و خواص مکانیکی لوله هایی از جنس مس خالص که مورد انجام فرآیند اکسترود شدن فشاری تناوبی هیدرواستاتیک واقع شده بودند، مورد مطالعه قرار گرفت. مشاهدات حاکی از آن بود که این فرآیند با موفقیت بر روی مس خالص انجام گرفت و خواص ریزساختاری و خواص مکانیکی آن، بهبود قابل توجهی پیدا کرد. برای مثال، پس از انجام این فرآیند، استحکام نهایی مس، 57/1 برابر، استحکام تسلیم، 85/1 برابر و سختی، 86/1 برابر شد و نیز افت داکتیلیتی پایینی مشاهده گردید. همچنین، پس از انجام این فرایند، ساختاری با سلول های فوق ریز با اندازه ی میانگین در حدود 990 نانومتر ایجاد شد. این در حالی بود که میانگین اندازه ی دانه برای لوله ی فرآیند نشده در حدود 40 میکرومتر بود. روال تشکیل ریزساختار مشاهده شده، عبارت است از: تولید چگالی زیادی از نابه جایی ها، برخورد نابه جایی ها به هم و تشکیل ساختارهای در هم تنیده شده، آرایش گرفتن نابه جایی ها و تشکیل مرزهای کم-زاویه و سپس تشکیل سلول ها به منظور تقلیل انرژی کرنش، ایجاد نابه جایی های جدید و حرکت آن ها به سوی مرز ها.

ورق های ساندویچی سازه های مورد توجهی برای جذب انرژی انفجار و استفاده به عنوان سپر انفجار می باشند. لهیدگی و تغییر شکل پلاستیک هسته به همراه خمش پلاستیک رویه های ورق ساندویچی مهم ترین عوامل جذب انرژی انفجار در این سازه ها می باشند. اجزا سازه پس از انفجار و جذب انرژی دچار تغییر شکل دایمی می شوند. در این مقاله به روش تحلیلی، عددی و تجربی جذب انرژی اجزاء مختلف و تغییر شکل ورق های ساندویچی مدور فلزی با هسته لوله ای تحت بار انفجار بررسی شده است. چیدمان لوله های هسته دارای ترکیب شعاعی غیرهمرس است و به شکل منظمی در هسته تعبیه شده اند. آزمایش تجربی با ساخت ورق ساندویچی به روش انفجار آزاد و به منظور ارزیابی و صحت سنجی نتایج تحلیلی و عددی انجام شده است. حل تحلیلی به کمک روش انرژی و از تعادل انرژی جنبشی و کار پلاستیک انجام شده به وسیله اجزاء مختلف سازه، انجام شده است. حل عددی در نرم افزار اجزاء محدود ABAQUS انجام شده است و تابع فشار به روش CONWEP تولید شده است. خیز سازه و میزان انرژی جذب شده توسط سازه و بخش های مختلف آن به دست آمده است. انطباق خوبی بین نتایج به روش های مختلف وجود دارد.

فرآیند سنگ زنی یکی از مهم ترین و پرکاربردترین فرآیندهای ماشینکاری جهت رسیدن به کیفیت سطح و دقت ابعادی مطلوب می باشد. از آنجایی که در فرآیند سنگ زنی، ضخامت براده تغییر شکل نیافته یک مقدار ثابت نبوده و برای هر دانه ساینده به طور مستقل و لحظه ای در حال تغییر می باشد، لذا تعیین دقیق ضخامت براده تغییر شکل نیافته لحظه ای جهت مشخص کردن نیروهای سنگ زنی و همچنین توپوگرافی سطح سنگ زنی شده از اهمیت بالایی برخوردار است. مطالعات پیشین در زمینه نیروهای سنگ زنی عمدتا بدون توجه به نوع میکرومکانیزم های بین دانه ساینده و قطعه کار استوار بود، از طرف دیگر با تعیین مقدار متوسط برای ضخامت براده تغییر شکل نیافته فقط مقادیر متوسط نیروهای سنگ زنی قابل محاسبه بود. در این پژوهش برای تعیین ضخامت براده تغییر شکل نیافته لحظه ای و به دنبال آن نیروهای سنگ زنی، یک مدل تحلیلی جدید با رویکرد آنالیز سینماتیکی-هندسی مسیر دانه های ساینده ارایه شده است. این مدل، اجزای تشکیل دهنده نیروهای عمودی و مماسی سنگ زنی (شامل نیروهای لغزش، شخم و برش) را به طور جزیی و دقیق بر اساس ضخامت براده تغییر شکل نیافته لحظه ای حاصل از آنالیز سینماتیکی حرکت دانه ساینده و همچنین بر اساس میکرو مکانیزم های براده برداری بین دانه ساینده و قطعه کار پیش بینی می کند. در پایان آزمایش های تجربی، جهت صحت سنجی مدل تیوری صورت پذیرفت.

در این پژوهش، شکست نامتقارن قطره ی با سیال غیرنیوتنی (با رفتار توانی) در یک هندسه ی جدید (اتصال شبکه ای) مورد بررسی قرار گرفته است. هندسه ی مذکور می تواند یک قطره ی اولیه را به شش قطره با اندازه های مختلف تبدیل نماید. روش پژوهش، شبیه سازی عددی به روش Volume Of Fluid (VOF) است. نتایج عددی با نتایج یک مسیله ی مبنا مقایسه و تطابق بسیار خوبی مشاهده شده است. نتایج نشان داد که در نواحی نزدیک به دیواره، اختلاط مواد داخل قطره بهتر انجام می شود که این موضوع در کاربردهای صنعتی جریان های قطره ای به ویژه در صنایع داروسازی و شیمیایی، دارای اهمیت است. نتایج نشان داد که بیشترین اندازه ی گردابی در شاخه ی K1 (پایین ترین شاخه ی خروجی در سیستم) به ترتیب 26 و 44 و 28 درصد بیشتر از بیشترین اندازه ی گردابی در شاخه های K2 و K3 و K4 است (K4 بالاترین شاخه ی خروجی در سیستم است). همچنین بیشترین لزجت موثر در شاخه ی K1 به ترتیب 27 و 29 و 24 درصد کمتر از بیشترین لزجت موثر در شاخه های K2، K3 و K4 است. بنابراین بهترین عملکرد در اختلاط مواد داخل قطره در شاخه های خروجی مربوط به شاخه ی K1 است. همچنین مشخص شد که فشار داخل قطره (هم قبل و هم بعد از شکست) در راستای عرض کانال ثابت است.

هدف از انجام تحقیق حاضر، بررسی تاثیر بهسازی شیمیایی توسط تیتانیم و فرایند فورج چند جهته (MDF)، بر ریزساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت SiP/ZA22 حاوی 4 و 8 درصد وزنی سیلیسیم است. فرآیند فورج در دمای 100 درجه سانتیگراد انجام شد و نمونه ها در معرض دو و پنج پاس MDF قرار گرفتند. بر اساس نتایج، بهسازی کامپوزیت توسط تیتانیم موجب ظریف شدن شبکه دندریتی درشت اولیه، کاهش ابعاد ذرات سیلیسیم اولیه (SiP) و کاهش اندازه دانه آن می شود. فرایند MDF نیز ضمن حذف تدریجی ساختار دندریتی، موجب کاهش ابعاد و توزیع ظریف ذرات SiP و تخلخل ها در ریزساختار می شود. بر اساس نتایج آنالیز تصویری، در کامپوزیت های حاوی 4 و 8 درصد وزنی سیلیسیم، اندازه متوسط ذرات SiP پس از 5 پاس فورج، از حدود 25 و 30 میکرومتر به ترتیب به حدود 6 و 7 میکرومتر می رسد. نتایج حاصل از خواص مکانیکی نیز حاکی از کار نرمی کامپوزیت ها طی MDF است به گونه ای که سختی و استحکام کششی کامپوزیت پایه پس از 2 پاس MDF به ترتیب حدود 30 و 25 درصد کاهش یافته و درصد ازدیاد طول و چقرمگی آن به ترتیب حدود 120 و 325 درصد افزایش می یابند. حضور ذرات سیلیسیم به حفظ سختی و استحکام کامپوزیت پس از MDF کمک می کند به گونه ای که پس 2 پاس MDF، میزان افت سختی و استحکام کششی کامپوزیت بهسازی شده حاوی 4 درصد وزنی سیلیسیم، به ترتیب حدود 18 و 2 درصد است اما درصد ازدیاد طول و چقرمگی آن به ترتیب حدود 25 و 175 درصد بهبود می یابند.