بخشی از مقاله
چکیده
در پژوهش حاضر رفتار واشر سرسیلندر در فرآیند شکلدهی و بارگذاری توسط نرمافزار ABAQUS شبیهسازیشده است. جنس واشر سرسیلندر از فولاد - DIN EN 10130 - St12 میباشد و سطح مقطعی از آن برای انجام محاسبات مدل شده است - تحت شرایط .axisymmetric - با بررسی نتایج حاصل از نمودارهای نیرو- جابجایی مشخص میشود که واشر طی فرآیند شکلدهی چه رفتاری از خود نشان میدهد و در مرحله بارگذاری، رفتار فنرمانند به خود میگیرد و در بارگذاری با جابجاییهای مختلف رفتار متفاوتی از خود نشان میدهد. در این مقاله رفتار واشر سرسیلندر تحت المانهای مختلف در نرمافزار آباکوس نیز بررسیشده است و نتایج حاصل از آن با یکدیگر مقایسه شده است.
_مقدمه
واشر سر سیلندرها دو وظیفه اصلی در ساختارهای مونتاژ شده بر عهدهدارند: -1ایجاد آببندی سفت و بادوام بین اجزا -2انتقال نیروی مکانیکی بین اجزا نائو در سال [1] 1985 کد اجزای محدودی برای حدس زدن توزیع تنشها در اتصالات فلنج نوشت و پاسخ فلنج به نیروهای اعمالی را مدل کرده بود. ایزاوا و همکاران در [2] 2002 مطالعه تجربی روی واشر سرسیلندرهای ماشینهای دیزل را انجام داد. آنها 3 نوع واشر سر سیلندر از مواد متفاوت در دمای متفاوت را موردبررسی قراردادند و جابجایی بین سرسیلندر و بلوک سیلندر را اندازه گرفتند.
چانگ چونگ لی و همکاران در سال [3] 2005 با روش اجزای محدود توزیع فشار تماسی روی واشر سر سیلندر و توزیع تنش روی سر سیلندر در شرایط بارگذاری متفاوت را حل کردند و نشان دادند که تأثیرگذاری آببندی توسط واشر سر سیلندر به تنشهای اولیه حاصل از نیروی بین پیچها و بلوک سیلندر بستگی دارد. جورویکار و همکاران در [4] 2006 واشر سر سیلندر را آنالیز کرده و مقدار فشار تماسی را برای آن پیدا نمودهاند. آنها با این شبیه سازی میزان نقاطی که در معرض فشار کم قرار میگیرند را کاهش دادهاند.
- نازک در یک راستا - ضخامت - ، اما در رفتار در جهت ضخامت بسیار مهم است.
- تنشهای هم صفحهای قابل صرفنظر هستند.
-بهعنوان نتیجه میتواند نمایش خوبی در مقابل بارگذاری و باربرداریهای بزرگ با تغییر شکلهای پایا داشته باشد. واشر سرسیلندرها بهعنوان یک عضو آببندی بین دو عضو ساختاریمعمولاً بسیار نازک - کم ضخامت - هستند و از مواد متنوعی مانند فولاد، مواد مرکب پلاستیکی و کامپوزیت تشکیل میشوند. ازنقطهنظر مکانیکی کار واشر انتقال نیرو بین اعضا است.
تغییر شکل اولیه واشر عمولاً در یکجهت محدود میشود، یعنی در جهت ضخامت. این رفتار مهمترین رفتار در آببندی اتصالات است. سفتی هم صفحه - سفتی که از دیواره حاصل میشود - و برش عرضی زمانی که با ضخامت مقایسه میشوند قابل صرفنظر است. با توجه به این مسئله رفتار واشر در بارگذاری و باربرداری با تغییر شکل پایا غیرخطی است.
یکی از مهمترین عوامل در کارکرد صحیح و سلامت موتور خودرو نقش واشر سرسیلندر میباشد که با آببندی صحیح، مانع خروج گازهای حاصل از انفجار و باعث کمپرس مطلوب در داخل سیلندر میشود. حال با بررسی رفتار این قطعه حیاتی موتور میتوان گام مهمی در جهت بهبود و بهینهسازی این قطعه برداشت. علاوه بر روشهای تحلیلی از روشهای عددی و آزمایشگاهی نیز میتوان برای بررسی رفتار این قطعه استفاده کرد، بااینحال بهکارگیری روشهای آزمایشگاهی جهت بررسی کلیه عوامل تأثیرگذار بر این رفتار، پرهزینه و گاهی بسیار دشوار است، برای همین کاربرد روشهای عددی بیشازپیش در حال توسعه میباشد.
با بررسی تحقیقات انجامگرفته میتوان بهراحتی دریافت که روشهای اجزای محدود - FEM - نقش عمدهای در مطالعه مسائل شکلدهی داشتهاند. با استفاده از این روشها، رفتار ماده و فرآیند شکلدهی تا سطح قابل قبولی شبیهسازی میشود. ازاینرو بهکارگیری آنها در زمان طراحی ابزار شکلدهی، هزینه تولید را به مقدار قابلتوجهی کاهش میدهد. در دهههای اخیر، پیشرفتهای قابلملاحظهای درزمینهی شبیهسازی عددی انواع فرآیندهای پیچیدهی شکلدهی و بارگذاری انجامشده است.
یکی از عوامل بسیار مؤثر بر کیفیت واشرسرسیلندر، پدیدهی بازگشت فنری است. این پدیده بهصورت تغییر در شکل قطعه بعد از برداشتن ابزار، نمایان میگردد و برای موادی که نسبت مقاومت ماده به مدول الاستیسیته آنها بالاتر است، مانند فولاد با استحکام بالا، محسوستر میباشد. بررسیهای بسیاری درباره پدیدهی بازگشت فنری برای ورقههای ایزوتروپ صورت گرفته است. برخی از این بررسیها بهمنظور استفاده از روشهای تحلیلی، بهناچار از فرضیات ساده کنندهی بسیاری از قبیل وجود رابطهی ساده بین تنش و کرنش، عدم وجود اصطکاک، نادیده گرفتن کم شدن ضخامت ماده و بزرگ بودن شعاع خمش در مقایسه با ضخامت استفادهشده است.
به کمک روشهای شبیهسازی و حل عددی میزان سعی و خطا در فرآیند تولید بسیار کاهشیافته و دیگر نیازی به تولید قالبها با اندازههای مختلف برای قطعات نیست، چراکه میتوان با درصد خطای قابل قبولی بهاندازه و شکل قطعه موردنظر رسید. در این پژوهش سعی بر این شده است که شکلدهی واشر سرسیلندر، بارگذاری بر روی آن و تغییرات ناشی از باربرداری توسط نرمافزار آباکوس مدل شود.
-1-2 سادهسازی و فرضیات مدل:
تحلیل یک واشر سر سیلندر در حالت سهبعدی کار بسیار دشواری است بنابراین به دلیل تقارن واشر سرسیلندر مدلی دوبعدی از آن در طراحیشده که دربردارنده خواص مدل دوبعدی است و نتایج و نمودارهای حاصل نتایج مدل سهبعدی نیز میباشد. مدلی دوبعدی از واشر سرسیلندر - شکل - 2 در نظر گرفتهشده است. این مدل بهوسیله فرآیند شکلدهی ساخته و مدلسازی شده و در نرمافزار آباکوس مورد تحلیل قرار میگیرد که جزییات آن در ادامه ذکرشده است.
-2-2 پیشپردازش pre-proccessing - -
1-2-2 شکلدهی forming - -
مدلی ساده از یک نمای شماتیک - شکل - 2 در نرمافزار آباکوس رسم شده است. این مدل مستطیلی از نوع تغییر شکلپذیر و دوبعدی میباشد. در ادامه دو جسم صلب طراحیشده که یکی قالب و دیگری پانچ است که هر دو سالید بوده و نیازی به تعریف جنس ندارند. آباکوس طیف گستردهای از المانها ارائه میدهد. در این تحلیل از المانهای cax4r که المانی 4 نوده برای تحلیل خطی و متقارن reduce integration و المان cax8r برای تحلیل درجهدو و متقارن reduce integration با استفاده از 8 نود و المان cax4rh که برای تحلیل hybrid و متقارن reduce integration با استفاده از 4 نود است برای مشبندی استفاده میشود.
قسمتهایی که حساسترند مش ریزتر زدهشدهاند. صفحه دارای شبکهبندی بهصورت structured و از نوع المانهای Linear reduced integration و Quadratic reduced integration و linear hybrid formulation reduce integration میباشد . - برای مقایسه تأثیر نوع المان بر نتایج برای هر جابجایی از سه نوع المان استفادهشده است. - برای حل مسئله موردنظر قالب بهطور کامل مقید شده و به پانچ فقط در راستای - y - 2 به اندازه 0/35 میلیمتر جابجایی اعمال میشود.
