بررسی روشهای نمونه سازی سریع – بخش اول

کوتاه نمودن زمان توسعه و تکوین یک محصول از طراحی تا تولید ، رمز موفقیت یک سازمان تولیدی در دنیای رقباتی کنونی به شمار می آید.برای دستیابی به این محصول امروزه فن آوریهای جدید که به روش های نمونه سازی و تولید سریع

& Manufacturing ) RP&M (Rapid Prototyping معروفند معرفی شده اند نمونه سازی یک قطعه یا یک محصول طراحی شده ، به طور سنتی از طریق مدل سازی فیزیکی در کارگاه مدل با ابزارهای دستی و سعی و خطای فراوان انجام می پذیرد این فرآند کاری مشکل و بسیار وقت گیر و پرهزیده است.با بکارگیری روش های نمونه سازی سریع می توان در زمان کوتاهی (حدود چند ساعت)یک مدل سه بعدی فیزیکی از قطعه ای هر چند پیچیده را با هزینه ای کم با دقت بالایی ساخت و از آن در بررسی و ارزیابی طراحی و یا محصول و یا مصارف دیگر استفاده نمود.برتری و توانمندی این فن آوری وقتی آشکار می شود که اولا پارامتر کوتاه بودن زمان نمونه سازی برای ما اهمیت و الویت داشته باشد و ثانیا قطعه دارای شکل هندسی پیچیده ای باشد امروزه در صنایعی که نیاز به قطعات پیچیده دارند همچون صنایع هوا و فضا،خودروسازی،قالب سازی،لوازم خانگی ،ساخت استخوان ها و اعضا مصنوعی بدن و مهندسی پزشکی از این تکنولوژی استفاده می شود.

اما تنها ساخت نمونه ای از محصول برای رقابت کافی نیست و

مهمترين اين خواص استحكام تسليم بالا (حداقل استحكام تسليم 90-100 ksi )، جوشپذيري و تافنس خوب در دماهاي پايين ميباشد. استفاده از اين فولادهاي پر استحكام باعث كاهش هزينه و افزايش راندمان ميگردد.

هرچند جوشپذيري اين فولادها خوب است اما براي ايجاد يك اتصال موفق بايد به برخي نكات مهم توجه داشت. از جمله مهمترين اين نكات عمليات پسگرم ميباشد. منظور از عمليات پسگرم در اين نوشتار، عمليات حرارتي پس از جوشكاري در دماي بالاتر از 370ºC و كمتر از دمايي است كه سازنده براي تمپر كردن اين فولاد استفاده نموده است.

بطور كلي اين فولادها

     پايش فشار باد تاير tire pressure monitoring  (tpm)

•         وظيفه اصلي اين سيستم اندازه گيري لحظه به لحظه فشار باد هر كدام از تايرها بطور مجزا و اخطار كم بادي تاير به راننده مي باشد

•         سيستم مونيتورينگ فشار تاير (tpms) سيستمي است كه فشار باد تايرهاي پنوماتيكي را اشكار مي سازد اين سيستم معمولا از نوع سيستم هاي مونيتورينگ فشار باد تاير كنترل از راه دور مي باشد

•         اولين خودروي مسابقه كه به سيستم پايش فشار باد تاير مجهز شد خودروي پورشه 959 بود كه در سال 1986 مجهز به اين سيستم شد

آنالیز خستگی

  مقدمه:

 گاهی اوقات در اثر اعمال بار تناوبی (مثلاً یک بار کشش فشار) بر روی سازه، با اینکه تنش ماکزیمم ایجاد شده بر روی سازه کمتر از تنش نهایی آن است ، اما پس از اعمال تعدادی سیکل ، بر روی سازه ترک هایی ایجاد شده که در نهایت منجر به شکست می شود. این پدیده را خستگی در اثر اعمال بار تناوبی می نامند.

  در مبحث خستگی با دیاگرام دامنه تنش بر حسب تعداد سیکل (دیاگرام S-N) آشنا   شده اید. مثلاً می دانید که در حالت High Cycle Fatigue ماده غالباً در ناحیه  الاستیک قرار دارد. اما در حالت Low Cycle Fatigue ماده وارد محدوده پلاستیک شده است.

 در نرم افزار ANSYS  برای انجام یک تحلیل خستگی تحت بار متناوب ابتدا باید تنش های ایجاد شده در سازه را تحت بارهای تناوبی تعیین کرد. بنابراین قبل از انجام هر آنالیز خستگی باید یک آنالیز استاتیکی که شامل حداقل دو بارگذاری (Load Step) میباشد را انجام دهید سپس با توجه به کانتورهای تنش (در هر بار اعمال شده) ، گره های بحرانی را ، تشخیص داده و سپس به محاسبه خستگی بر روی این گره های بحرانی بپردازید. برای انجام تحلیل خستگی پس از انجام تحلیل استاتیکی با مفاهیم زیر باید آشنا بود.

پيشگرمي كنترل شرايط لايه اول جوش را مي تواند بخوبي انجام دهد ، در عين حال براي جوشكاري لايه هاي بعدي دماي اتصال و نواحي مجاور جوش اهميت زيادي دارد . بنابراين حد مجاز دماي ميان جوش بايد بررسي و مشخص شود .

معمولا اين حداقل با حداقل پيشگرمي برابر است مگر اينكه با جوشكاري لايه اول تغييراتي در شرايط ايجاد شده باشد . بعنوان مثال ، اتصال فولادهاي آلياژ فقط 200f پيشگرم مي شود چون لايه اول جوش به روش ( gas tungsten arc welding )  GTAW انجام مي گيرد و لايه هاي ديگر با استفاده از الكترود پوشش دار E 7010 كامل مي شود . با در نظر گرفتن اينكه ميزان مهار كردن اتصال در ضمن جوشكاري لايه هاي بعدي به حداكثر مي رسد و از طرفي جوشكاري با الكترود كم هيدروژن انجام نمي شود . دماي ميان جوشي در حدود 300 – 600 F  مناسب خواهد بود . البته بررسي هاي نوع فولاد آلياژ ، قابليت جوش پذيري و طراحي اتصال ممكن است حداقل دماي ميان جوش را تغيير بدهد .


دماي ميان جوش علاوه بر تأثير بر روي آمادگي ايجاد ترك در فولادهاي سخت شونده ، بر تنش هاي باقيمانده و انقباض نيز تأثير مي گذارد . همچنين اندازه دانه بندي ها را متأثر مي سازد . اين تأثير در اجسامي كه از فولاد كربني ساخته مي شوند اهميت زيادي دارد.

الف – لايه اول تا دماي محيط سرد شده و سپس لايه دوم نشانده شده است . فقط قسمت كمي از دانه بندي هاي لايه اول در اثر حرارت لايه دوم ريزتر مي شود .

ب – لايه دوم در دماي 1000F بود كه لايه دوم بر روي آن نشانده شده ، قسمت بزرگي از لايه اول در اثر گرماي لايه دوم متأثر شده و دانه بندي آن ريزتر مي شود .

ج – پس از آنكه لايه باريك اول به دماي زير حد بحراني رسيد ، لايه سنگين دوم آنرا مجددا تا بالاي حد بحراني رسانده و تمام لايه اول را متأثر ساخته و دانه بندي ها را ريزتر مي كند .

د –

ابتدا با اشاره به وابستگي تنش ها به سطح بيان مي دارد كه هرگونه سطح يا مرز زمينه مناسبي براي ايجاد و تمركز تنش روي آن است. [ بر اين اساس از ديدگاه اصل بقاي اندازه حركت خطي و دوراني مي توان نوشت: اين رابطه بيانگر آن است كه مي توان انتگرال هر كميتي را از حالت حجمي به سطح و در نهايت روي مرز تبديل كرد.

اين موضوع اهميت مرز خارجي هر پديده مادي را به خوبي نشان مي دهد و در حقيقت در عالم مادي, شخصيت هندسي هر جسم در نحوه و شكل اشغال فضا خلاصه مي شود و نكته مهمتر آنكه لازمه ايجاد هرگونه تنش در ماده, وجود سطح و مرز(Boundry) ميباشد.

از آنجاييكه تنش ها در نهايت باعث متلاشي شدن شخصيت هندسي جسم مي گردد اين ﺴﺆال مطرح ميگردد كه سمت و سوي اين تلاشي به كدام جهت است و از ديدگاه فلسفي مقصد نهايي اين تنشها و تمايل آنها به كدام سو است؟]

از ديدگاه دكتر مسعود دهقاني در كتاب ـ جهان در انبساط ـ اگر ذرات مادي به سمت درجات آزادي بالاتر ميل كنند و از تراكم حجمي آنها كاسته گردد سطح و مرز گسترش يافته و براي يك مقدار نيروي مشخص تنش ها كاهش مي يابند. و در نهايت زماني كه مرز يا سطح به سوي بي نهايت ميل مي كند تنش ها نيز به صفر خواهند رسيد. در اينصورت هم مطابق تعريف تنش و هم بر اساس روابط ديورژنس و استوكس, تنش ها به سمت صفر رفته و حصول اين امر به معناي انبساط جهان مادي است.

در رابطه مذكور مقدار انتگرال روي مرز يا سطح وابسته بردار n مي باشد. در صورت ميل كردن سطح يا مرز يك مقدار مشخص جرم m به سمت بينهايت در اين صورت سطح يا مرز محو شده و بعبارتي بردار n جاي تعريف ندارد . از اين رو مقدار تنش ها وابسته به سطح و باندري جسم هستند و به عبارتي تنش هاي حجمي (Body force) نيز وابسته به حجم و قابل تبديل روي مرز نهايي جسم مي باشد.

1.1 نقش تكيه گاهها و درجات آزادي در ايجاد تنش

تاریخچه جوشکاری

آثار باقیمانده از گذشته های بسیار دور نشانگر این واقعیت است که انسان های اولیه با استفاده از اصول فیزیکـی که امـروزه اساس جوشکـاری مدرن را تشکیـل می دهد قطعـات فلزی را بـه یکدیگر متصل می کردند. تجزیه و تحلیل ابزارهای کشف شده از قرون اولیه نشان می دهد که برای اتصال دو قطعه فلزی به یکدیگر ، لبه های گداخته شده این قطعات را روی یکدیگر قرار داده و با ضربات چکش بهم متصل می کردند.

مهمترین اصول فیزیکی که سنگ زیربنای متدهای معمولی جوشکاری در قرن حاضر را تشکیل می دهد در اواخر قرن نوزدهم کشف و ابداع شده و....

اين روش آزمون را مي توان براي عيب يابي بسياري از قطعات، به شرط آنکه عيوب به سطح قطعه راه داشته باشند، به کار گرفت. مباني آزمون عبارتست از نفوذ يک مايع در عيوب (منافذ) سطحي در اثر جاذبه موئينگي، و مشاهده ترکهاي سطحي با چشم غيرمسلح پس از انجام عمليات ظهور برروي مايع نافذ به منظور نمايان شدن کامل ترکها، مايع نافذ با يک ماده رنگي روشن رنگ آميزي شده يا ماده اي فلورسانت به آن افزوده مي شود. در حالت نخست ، ماده رنگي معمولا" قرمز است و سطح پس از افزودن ماده ظاهر کننده، با نور معمولي هم قابل رويت خواهد بود، ولي در حالت دوم قطعه را بايد در نور فرا بنفش مورد بازرسي چشمي قرار داد.
زمان و نحوه بهره گيري از اين آزمون دقيقاً معلوم نشده است ولي....

شروع حجم سازی:

حجم سازی پایه در نرم افزار کیت به سه روش انجام می شود :

1- ایجاد حجم به وسیله دستور pad حجم سازی خطی

2- ایجاد حجک به وسیله دستور shaft حجم سازی قطبی (دورانی)

3- ایجاد حجم به وسیله دستور Rib (حجم سازی مسیرگرا)

Pad :

اساس کار دستور pad این است که ابتدا در یک sketch جدید نمای پایه حجم را که می خواهیم بسازیم ترسیم کنیم سپس به کمک دستور

exit  work  bench           وارد محیط part Design شده و در راستای یک بردار حجم مورد نظر را ایجاد می کنیم .

برای این منظور در محیط part designe ابتدا به کمک کلید ESC کلیه المان ها را از حالت انتخاب خارج کرده و سپس دستور PAD را که به شکل      می باشد اجراء می کنیم .

در قسمت PROFILE/SURFACE روی جعبه SELECTION کلیک کرده سپس به کمک کلیک چپ موس مقطعی را که قرار است PAD روی آن ایجاد شود انتخاب می کنیم .                                                          

 در صورتی که کزینه THICK فعال باشد بر اساس sketch انتخاب شده یک پوسته ساخته می شود که می توان به کمک گزینه های کمکی موجود در قسمت More  ضخامت این پوشه را به سمت داخل یا خارج تعیین کنید . اما در صورتی که این گزینه غیرفعال باشد یک حجم توپر ساخته می شود . در صورتی که جهت pad نسبت به سطح مبنا (اسکچی که می خواهد پد بخورد) اشتباه انتخاب شده باشد به کمک کلیک بر روی دکمۀ Reverse Direction می توان pad را بر طرف دیگر سطح مبناء منتقل نمود . همچنین با فعال بودن گزینه Mirrored  extent می توان تعیین نمود که pad مورد نظر با اندازه داده شده به صورت همزمان و قرینه در هر دو طرف سطح مبناء ایجاد شود .

4- tri- tangent circle

Circle:  

پس از اجرای این دستور به وسیله کلیک موس و یا به کمک sketch  tools مرکز دایره را مشخص می کنیم . سپس مجدداً به وسیله کلیک موس و یا sketch  tools شعاع دایره را تعیین می کنیم . به این ترتیب دایره ترسیم می شود .

  :circle Definition

پس از اجرای این فرمان کلیک موس از کار افتاده و پنجره ای باز می شود که در آن باید به صورت قطبی و یا دکارتی مرکز دایره را تعیین نمود و در قسمت پایین این پنجره شعاع دایره را تعیین می کنیم .

پس از کلیک بر روی دکمه OK دایره با مشخصات تعیین شده رسم می شود .

نکته : هنگامی که از دستور circle Definitionاستفاده می کنیم چنانچه قبل از اجرای این دستور نقطه ای به حالت انتخاب شده درآمده باشد نختصاتی که در پنجره circle Definition به عنوان مختصات مرکز دایره وارد می کنیم نسبت به نقطه مزبور سنجیده می شود .

نکته : هنگامی که بخواهیم نقطه ای مثل مراکز دایره ، بیضی و یا هر لئلی و یا گوشه های چندضلعی ها یا ابتدا و انتهای خطوط و کمان ها را به عنوان مبدأ ترسیم (خط ، دایره ،...) انتخاب کنیم باید ترسیم را بوسیله کلیک موس شروع کنیم به این ترتیب که هنگامی که نشانگر موس را به اندازه کافی به نقطه مورد نظر نزدیک کنیم علامت    در منار نشانگر موس ظاهر می شود در این حالت با کلیک چپ موس نقطه شروع دقیقاً منطبق با نقطه مورد نظر خواهد بود . باید توجه داشت برای اینکه از این خاصیت با دقت کافی استفاده کنیم لازم است خاصیت SNAP در TOOL  BAR و SKETCHE TOOLS فعال باشد .

:3point  circle  

برای ترسیم دایره با استفاده از این دستور به ترتیب با استفاده از کلیک موس و یا کلید TAB,Tool  bar   ←3 sketch Tools    نقطه ای را که باید دایره از آن عبور کند تعیین می کنیم و دیره رسم می شود .

tri- tangent circle: