بخشی از مقاله
چکیده
از آن جایی که انجام مطالعات تجربی در زمینه فرآیند سایش امری هزینه بر، وقت گیر ودارای محدودیت می باشد، امروزه محققین از روش های اجزا محدود به عنوان ابزاری کارآمد جهت انجام مطالعات خود بهره برده اند. پدیده سایش یک موضوع مهم در صنعت می باشد زیرا بر روی کیفیت قطعات ،هزینه ها ونتایج کار تاثیر می گذارد.
بیشتر کارهای انجام شده بر اساس روش های تجربی ویا بررسی های آزمایشی هستند در حالی که فقط تعداد کمی به شبیه سازی عددی فرآیند سایش توجه کرده اند. به علاوه تاکنون توجه بیشتر بر روی شبیه سازی دو بعدی بوده است. ولی امروزه افزایش راندمان سخت افزار ها ونرم افزارها مدل های سه بعدی موثری را برای شبیه سازی فرآیند بین دو قطعه فراهم کرده است.
در این تحقیق به کمک روش المان محدود به پیش بینی سایش مکانیکی ،در تماس لغزشی کفشک - - Slipper با ریل جهت حرکت سورتمه موشک بر روی ریل پرتاب پرداخته می شود.همچنین میزان سایش کفشک ها برای سرعت ،زمان ومسافت مشخص تعیین می گردد ودر نهایت نتایج با نمونه تست های تجربی قبلی مقایسه می شود.
مقدمه
پدیده سایش که آسیب دیدگی و خارج شدن مواد سطوح در تماس لغزشی بین سطوح تعریف می شود ،با مکانیزم های مختلفی ایجاد می شود که از آن جمله می توان به سایش مکانیکی ،سایش حرارتی، سایش اکسیداتیو وغیره اشاره کرد. در این پژوهش ما تنها به مدل سازی سایش مکانیکی که عمده آسیب دیدگی سطحی ناشی از آن است، پرداخته ایم.تاریخچه ی فعالیت های صورت گرفته در زمینه سایش به سال 1965 و مطالعات Archard در بررسی حرکت پین بر روی دیسک بر می گردد
بعدها ودر سال 2005 ،ال-تبجی یک مدل المان محدود سه بعدی برای شبیه سازی فرسایش آلیاژ Ti-6Al-4V ارائه کرد. El-Tobgy,2005 - - .در این مدل از معیار آسیب دیدگی Johnson-Cook برای شبیه سازی اثرات غیر خطی نرخ کرنش و دما استفاده شده است. در سال 2008 به بررسی سایش کفشک با استفاده از روش المان محدود پرداخته شد. در این جا از مقیاس ماکرو وبه کمک روابط Archard ونیز مقیاس میکرو ،به کمک معیار شکست Johnson-Cook، برای تعیین سایش استفاده شد.
سال 2009 برتون ،ویژگی های سطح نمونه هایی از فولاد Vasco Max 300 وفولاد AISI-1080 را بررسی کرد. او زبری سطوح را تعیین ونقش ضریب اصطکاک را در تماس لغزشی قطعات ارزیابی نمود. - . - C.Burton,2009 در همین سال، هیل مدل دو بعدی المان محدود جهت تخمین فرآیند سایش را ارائه کرد. او از یک رویکرد کرنش صفحه ای برای شبیه سازی تماس وحرکت لغزشی کفشک بر روی ریل وبا در نظر گرفتن زبری های روی سطح ریل به صورت نیم دایره استفاده کرد.بر اساس مطالعات هیل ،میزان سایش شبیه سازی شده 3760 میلی متر مکعب گزارش شد . در حالی که کل سایش اندازه گیری شده از یک کفشک بازیابی شده ،10520 میلی متر مکعب بود.
در سال 2010 ،میدر به بررسی پدیده سایش با استفاده از کدنویسی نرم افزاری پرداخت. او مدلی با تمرکز بر سایش کفشک بازیابی شده از ماموریت تست پرتاب موشک با سرعت بالا در منطقه Holloman در ژانویه 2008 ارائه کرد. میدر از معیار شکست ون میزز ومعادله پلاستیکی Johnson-Cook در مطالعات خود بهره گرفت. در این پژوهش از کد نرم افزاری CTH استفاده شد، که حاصل بررسی هایی در آزمایشگاه Sandia می باشد. سایش کل پیش بینی شده توسط مدل میدر ،حدود 46 درصد میزان سایش واقعی اندازه گیری شده در شرایط آزمایشگاهی بود.
اهمیت تحقیق
با توجه به هزینه های بالای تست های تجریی وپیچیده بودن فرآیند سایش کفشک هادر یک ماموریت نیازمند روشی در جهت پیش بینی میزان سایش کفشک ها قبل از تست و درنظرگیری شرایطی در جهت کاهش این پدیده هستیم. شبیه سازی المان محدود سایش توانایی پیش بینی این پدیده در جهت کاهش هزینه ها و موفقیت آمیز بودن تست پرتاب را دارد. در طی سالیان گذشته چندین مدل المان محدود دو بعدی از این فرآیند ارائه شده است، ولی با توجه به این که پدیده سایش عملا به صورت سه بعدی می باشد لازم است که مدلی جهت نمایش هرچه بهتر این فرآیند ارائه شود.
روش تحقیق
سیستم سورتمه حامل موشک مطابق شکل 1 ،به کمک کفشک هایی بر روی ریل حرکت، وموجب شتاب گیری موشک می شود. در این پژوهش به شبیه سازی وبررسی فرآیند سایش در کفشک ها،طی تماس لغزشی وحرکت بر روی ریل پرتاب پرداخته ایم. در شکل 2 نمای بسته ای از اتصال کفشک وریل مشخص است. هرچند که با چشم مسلح سطوح در تماس کفشک وریل به صورت صاف دیده می شود،اما هنگامی که بر روی آن ها زوم شود وجود اعوجاج وناهمواری های ریز و در سطح میکرو بر روی آن ها کاملا مشخص است. این ناهمواری ها که نشان دهنده زبری سطوح می باشد، در تماس لغزشی دو قطعه ،موجب پدیده سایش می شود.
جهت شبیه سازی المان محدود فرآیند سایش سه بعدی ،ابتدا باید این ویژگی های میکروساختاری سطوح کفشک وریل مورد بررسی ،وسپس آن ها به عنوان زبری سطح مدل شود.
