بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق، برش حرارتی ورق شیشهای با استفاده از جریان جت هوای داغ، شبیه سازی و تحلیل شده است. کاربرد روشهای سنتی برشکاری و سایر روشهای رایج برای برش بدلیل ایجاد ضایعات، عدم دقت کافی، هزینه بالا و ایجاد میدان گرمایی بالا امروزه برش به کمک جت هوای داغ را از سایر روشها متمایز کرده است . هدف از انجام این تحقیق، تعیین آرایش جریان و محاسبه توزیع دما و تنشهای حرارتی روی صفحه مسطح و چگونگی رشد ترک و شکست دیواره و تغییرات فاصله منبع گرمایی از نوک ترک میباشد.
حل عددی با آنالیز همزمان دما و میدان تنش و با در نظر گرفتن قوانین مکانیک شکست برای رشد ترک در نرم افزار ANSYS 11.0 انجام گرفته و برای مدل کردن تلاطم در قسمت سیالاتی نرمافزار از مدل دو معادلهای k _ استاندارد با توابع دیوار استفاده شده است . نتایج نشان میدهد در طول فرآیند برش، تنش برشی در نوک ترک متغیر بوده و به طبع آن سرعت رشد ترک غیر یکنواخت خواهد شد که این امر، غیر یکنواختی فاصله منبع گرمایی از نوک ترک را در پی خواهد داشت. همچنین اوج دما در مکانی پشت منبع گرمایی اتفاق میافتد و برای سرعت معین نازل، با افزایش دمای جت هوای خروجی حداقل فاصله نوک ترک از نازل کمتر می شود.
مقدمه
برشکاری ورق شیشه ای، فرآیندی مهم در صنعت شیشه است. کاربرد روشهای رایج برای برش شیشه مانند برش با الماس، لیزر، جت آب، تابش الکترون و برشکاری با جت پلاسما و غیره به علت داشتن معایبی از جمله دقت پایین، تولید ضایعات، ایجاد میدان گرمایی و مهمتر از همه، هزینه بالای استفاده از این روشها، امروزه برش به کمک جت هوای داغ را از سایر روشها در کاربردهای مختلف صنعتی از جمله شیشهبری متمایز کرده است. در جدول - ٌ - معایب روشهای مختلف برش شیشه نشان داده شده است.
روش برش با جت هوای داغ بطور نسبی ساده و مزیتهای مختلف قابل مقایسه ای با سایر روشها دارد. در این فرآیند احتیاجی به فشار و دمای خیلی بالا نیست و شیشههایی تا ضخامت ًٍ میلیمتر را به راحتی میتوان با این روش برش داد. همچنین این فرآیند تمیز و بدون تولید هرگونه پودر شیشه یا ذوب شدن شیشه انجام می شود، البته تا زمانی که این فرآیند با دمای ملایم ًًٍ الی ًٍَ درجه سلسیوس اجرا شود.
این روش یک فرآیند غیر تماسی و قابل کنترل با کامپیوتر است و هرگونه پروفیل مختلط و منحنی با تلرانسهای خیلی پائین را میتوان به راحتی و با استفاده از یک گام برش داد. سطح برشی که در آخر توسط این روش بدست می آید خیلی صافتر و صیقلیتر از سطوح بدست آمده با استفاده از الماس و جت آب ساینده است. همچنین در این نوع برش می توان از دستگاه پانتوگراف نیز استفاده کرد. در این نوع برش کیفیت سطح برش به سرعت حرکت نازل و ضخامت صفحه بستگی دارد.
روش برش با جت هوای داغ محدودیتی نیز دارد و آن غیر ممکن بودن ایجاد سوراخ داخلی توسط این روش در روی سطح مورد برش است و شروع این فرآیند باید از لبه سطح باشد. البته وجود یک خراش یا ترک کوچک در لبه سطح برای شروع کار لازم است. برشکاری فلز - یا حتی برشکاری مواد غیر فلزی - با هر یک از روشهای ذکر شده به صورت وسیعی در نشریات و کتب مختلف هم به روش تحلیلی و هم عددی مورد مطالعه قرار گرفته است ] ٌ-ِ .[ این مطالعات بر پایه حل معادله انتقال گرما با ملاحظه اثر حرکتی چشمه حرارتی در معادلات دیفرانسیلی حاکم انجام گرفته است.
در تحقیق حاضر معادلات حاکم در مسئله، شبه استاتیک ترموالاستیک هستند که با حرکت طبیعی چشمه گرمایی غیر متمرکز در تطابق اند. نوآوری مقاله حاضر و همچنین تفاوت آن با سایر مقالات موجود در این زمینه، این است که توزیع دما و ضریب انتقال حرارت جابجایی در سطح همانند سایر مقالات موجود در این زمینه که از جمله آن میتوان به شاهانی و سیدیان - ًًٍُ - اشاره کرد، به صورت تابعی ریاضی به نرم افزار داده نمی شود، بلکه به صورت جداگانه توسط نرم افزار سیالاتی دیگری محاسبه شده و در فرآیند حل وارد می شود. این روش تا حد زیادی دقت کار را بالا میبرد، که میتوان آنرا جزو مزیتهای این روش حل به حساب آورد.
هدف از انجام این تحقیق، تحلیل و آنالیز تنشهای حرارتی ایجاد شده به واسطه برخورد جت هوای داغ بر صفحه تحت برش و چگونگی تغییرات فاکتور شدت تنش در نوک ترک و فاصله منبع گرمایی از نوک ترک و مقایسه مقادیر بدست آمده با سایر تحقیقات انجام شده در این زمینه است. شکل - ٌ - نشان دهنده مدل فیزیکی از فرآیند برش حرارتی شیشه است. از قبل، بطوریکه تقارن شکل بهم نخورد، یک ترک در ورق شیشه ای ایجاد کرده و یک سیستم مختصات ثابت xyz و متحرک XYZ مطابق شکل در نظر گرفته می شود.
