Skip to main content
SUPERVISOR
Saeed ZeiaeiRad,Fatallah Karimzadeh
سعید ضیائی راد (استاد راهنما) فتح اله کریم زاده (استاد مشاور)
 
STUDENT
Sara Adibi Sede
سارا ادیبی سده

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1386

TITLE

Wear Modelling in Nanocomposite Materials
Prediction and experimental determination of their wear properties has become very important. Experimental determination of life parameters in terms of wear has both a cost and time impact. Therefore, the ability to predict wear at the development stage enables the designers to come up with a better design, longer useful life and more reliable products.Despite the marked interest, the simulation of wear is still in its early stages due to its complexity.In this work, an experimental programme on a pin on disk test on Al-Mg-Si/Al2O3 nanocomposites and the corresponding unreinforced alloy was carried out at different loads and sliding distances.In order to predict wear and eventually the life span of such materials, several hundreds of thousand operating cycles have to be simulated. An FE post processor is the most optimum choice considering the computational expense of such large deformable-deformable contact simulations. Our approach is to include a wear model based on Archard’s wear law in a FE post-processor that works in association with commercial FE package ANSYS for solving the general deformable-deformable contact problem. Local wear is computed and then integrated over the sliding distance using the Euler integration scheme. After every wear step the geometry is re-meshed to correct the deformed mesh due to wear. The wear on both the pin and disc surface are computed using the contact pressure distribution computed from a two dimensional FE model of the pin and disk included Coulomb friction at the contact. The simulation was validated from a series of experiments. Experiments were conducted on a POD rig to measure the friction coefficient as well as the wear depth, two parameters needed for the simulation. In general, good agreement with the experimental results was observed under tested conditions of contact pressure and sliding speed.Morever, this paper deals with preparing Carbon Nanotube Reinforced Nanocompositeand predicting its mechanical and surface properties using the finite element method. To prepare the reinforced nanocomposite, a pre-alloyed powder was milled in a planetary ball mill under the argon atmosphere. Carbon nanotubes were then added to the powder in a particular procedure. Next, a finite element model consisting of CNTs as the fibers and Aluminium as the matrix was constructed.A series of nano-indentation tests were carried out to obtain the mechanical and surface properties of the material thus constructed. The finite element models were then used to predict the results obtained from real indentation tests.The predicted hardness and elastic modulus from the FE model show good agreement with experimental findings. Keywords: Wear modeling, Wear simulation, Pin on disk, FEA, Aluminum-based metal matrix nanocomposite
نانو کامپوزیت های زمینه فلزی آلومینیوم، موادی مناسب در صنایع هوافضا و اتومبیل سازی محسوب می شوند، چرا که این کامپوزیت ها دارای خواص مکانیکی خوبی بوده و از سوی دیگر هزینه ی تولید قطعات از این جنس نسبت به سایر آلیاژها و کامپوزیت های ساخته شده از آنها پایین تر است. به علاوه کامپوزیت های زمینه فلزی پایه آلومینیوم سبک وزن بوده، استحکام و ضریب الاستیک قابل توجهی دارند. در پژوهش حاضر، قطعات نانوکامپوزیت Al6061-Al 2 O 3 وAl2024-MWCNT که با استفاده از روش آسیاب کاری مکانیکی و پرس داغ تولید شده اند، مورد بررسی و مشخصه یابی قرار می گیرند. در این راستا، آزمون های فشار، نانوفروبرش و سایش بر روی قطعات مذکور صورت می گیرد. با استفاده از نتایج آزمون ها می توان به منحنی مشخصه ماده، میزان سختی، ضریب الاستیک، عمق سایش و ضریب اصطکاک ماده دست پیداکرد. گر چه روش های آزمایشی به نحو مطلوبی می توانند برای محاسبه خواص ساختاری و تأثیر آن ها بر نانوکامپوزیت حاصله به کار روند اما اغلب در این روش ها نیاز به مراحل و ابزارهای پیچیده و گران قیمتی می باشد. به همین منظور، استفاده از روش های محاسباتی و مدل سازی برای محاسبه خواص مکانیکی نانوکامپوزیت ها می تواند بسیار مؤثر باشد. این روش ها می توانند کمک زیادی به طراحی و توسعه ساختار این مواد برای کاربردهای مهندسی بنماید. برای دستیابی به ابزار مدل سازی در کنار روش های آزمایشگاهی در این پژوهش به شبیه سازی آزمون کشش، نانوفروبرش و سایش در این دو نوع کامپوزیت پرداخته شده است. در شبیه سازی ها از نرم افزارANSYS استفاده شده است. شبیه سازی آزمون کشش روی ماده نانوساختار آلومینیوم به روش مدل سازی سلول واحد صورت گرفته است. علاوه بر آن دو نوع نانوکامپوزیت موجود نیز با در نظرگرفتن حجم محدود فرضی به روش دوبعدی و سه بعدی شبیه سازی شده اند. شبیه سازی آزمون نانو فروبرش نیز بر روی دو نوع کامپوزیت صورت گرفته است و نتایج با نتایج به دست آمده از آزمایش تطابق خوبی دارد. در زمینه شبیه سازی سایش از دو روش مدل سازی عمومی سایش و روش اجزای محدود به همراه پردازش گر سایش استفاده شده است. در روش مدل سازی عمومی سایش از فشار میانگین در هر مرحله استفاده شده است، بنابراین روشی تقریبی است. اما این روش در مورد ماده نانو کامپوزیت با ضریب سایش اندک اعتبار مناسبی دارد. شبیه سازی به همراه پردازش گر سایش بر روی دو هندسه متفاوت پین سرگرد و پین سر صاف صورت گرفته است. این روش دقت مناسبی در شبیه سازی از خود نشان می دهد. شبیه سازی ها ابزاری مناسب برای بررسی میزان عمق سایش هر نوع ماده در هر هندسه خاص در اختیار ما قرار می دهد. کلمات کلیدی: 1- مدل سازی سایش 2-نانوکامپوزیت زمینه آلومینیم 3-آزمایش پین روی دیسک 4-شبیه سازی اجزای محدود.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی