نشریه علمی پژوهشی روشهای عددی در مهندسی

---

در این پژوهش تأثیر حجم و مُرفولوژی کاربیدهای یوتکتیکی در ساختمان میکروسکوپی بر رفتار تریبولوژیکی چدنهای نیکل سخت نوع 4 بررسی شده است. بدین منظور ترکیب شیمیایی عمومی این آلیاژها بر طبق استاندارد 532A ASTM دستۀ I نوع D به عنوان مبانی پژوهش انتخاب و در تهیه نمونه ها تنها میزان کربن بین 3/2 تا 21/3 درصد تغییر داده شد. آزمایشهای سایش لغزشی در حالت خشک به صورت دیسک بر روی دیسک تحت سرعت خطی لغزشی m/s 283/0 صورت پذیرفت. در این پژوهش برای مطالعۀ ساختار میکروسکوپی و مُرفولوژی کاربیدها از میکروسکوپ نوری استفاده گردید و برای مشخص نبودن سایش نمونه توپوگرافی سطوح و ذرات سایش توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی صورت پذیرفت. یافته های آزمایش نشان می-دهند که افزایش حجم فاز کاربید باعث کاهش تغییر شکل پلاستیکی سطوح و نهایتاً افزایش مقاومت به سایش شده است. البته این امر صرفاً در چدنهای هیپویوتکتیک صادق بوده و افزایش بیش از حد کاربید، سبب بروز ترک و اشاعۀ آن و کنده شدن ذرات و در نتیجه افت مقاومت سایش شده است. مطالعات میکروسکوپی همچنین نشان می دهند که ناپیوستگی کاربیدها در زمینه موجب افزایش مقاومت سایشی آلیاژ شده است.

---

– استفاده از ترکیبات بین فلزی Fe-Al برای بهبود رفتار تریبولوژیکی فولاد ابزار کربنی مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور از روش پودر فشرده و پس از آن عملیات آنیل نفوذی در اتمسفر کنترل شده گاز آرگون و دمای C˚900 استفاده شد و زمان بهینۀ آنیل نفوذی براساس ضخامت و رفتار تریبولوژیکی تعیین شد. ریزساختار و نوع فازهای تشکیل شده توسط متالوگرافی، سختی سنجی، پراش پرتوی ایکس (XRD)، میکروآنالیز (EDX) و اسپکتروسکوپی پلاسمایی (GDOS) مورد شناسایی قرار گرفت. نتایج حاصل بیانگر تشکیل ساختار سه لایه ای بر سطح نمونه های آلومینایز شده است که لایه اول 2Fe5Al و لایه های بعدی به ترتیب AlFe و 3AlFe هستند. همچنین در سطح نمونه ها پس از آلومینایزینگ و آنیل نفوذی در زمان بهینۀ 30 ساعت ساختار دولایه ای متشکل از AlFe در لایه اول و 3AlFe در لایه دوم تشکیل شد. نتایج آزمایشهای سایش نشان می دهد که این نوع پوشش رفتار سایشی و اصطکاکی فولاد ابزار کربنی را به نحو مؤثری بهبود داده است. به طوری که بررسی سطوح، مقاطع و ذرات سایش نشان داده است، مکانیزم غالب سایش فولاد بدون پوشش، ورقه ای شدن همراه با خیش خوردن است و مکانیزم غالب سایش در نمونه ای که پس از آلومینایزینگ در زمان بهینه آنیل نفوذی شده از نوع ورقه ای شدن همراه با سایش اکسیداسیونی است.

---

در این پژوهش، برای بهینه سازی فرایندهای سیلیکونایزینگ و بروسیلیکونایزینگ جامد روی فولادهای کربنی، گستره ای از زمان عملیات و ترکیب پودر در دمای ثابت در نظر گرفته شد به گونه ای که مبنای بهینه سازی، ضخامت، کیفیت سطحی و سختی لایه-های به دست آمده بوده است. با توجه به یافته های آزمایشی، زمان و دمای بهینه هردو فرایند، به ترتیب 4 ساعت و C˚950 به دست آمد؛ ترکیب پودر در فرایند سیلیکونایزینگ، مخلوط 5/2% فروسیلیسیم، 5/2% کلریدآمونیم و مابقی اکسید آلومینیم تعیین شد در حالی که در عملیات بروسیلیکونایزینگ همزمان، ترکیب 90% پودر برونایز بهینه و 10% پودر سیلیکونایز بهینه، مخلوط مطلوب تشخیص داده شد. با انجام فرایندهای بهینه، پوششهای به ضخامت حدود mμ150 و حداکثر سختی HV600 در فولادهای سیلیکونایز شده و با ضخامت حدود mμ100 و سختی بیش از HV3000 در فولادهای بروسیلیکونایز شده به دست آمد. بررسیهای میکروسکوپی و فازشناسی پرتو ایکس توسط آزمایشهای متالوگرافی، XRD و EDAX نشان داد که فازهای ایجاد شده در فرایند سیلیکونایزینگ عبارت اند از si3Fe و 3Si5Fe، در حالی که طی فرایند بروسیلیکونایزینگ فازهای 3(FeSi)B، B2Si9/4Fe، FeSi، FeB و B2Fe شناسایی شدند.

---

در این پژوهش رفتار تریبولوژیکی پوششهای ترکیبات بین فلزی Ti-Ni-P آلیاژ تیتانیوم Ti6Al4V در شرایط خشک لغزشی توسط یک دستگاه سایش رفت و برگشتی مورد بررسی قرار گرفته است. مطالعات میکروسکوپی الکترونی سطوح سایش مبین بهبود مقاومت سایش چسبان پوششهای مزبور است که به طور گسترده توانسته اند از سیلان ماده در سطح و انتقال آن به سطح مقابل جلوگیری کنند. این امر همچنین کاهش ضریب اصطکاک و دامنه تغییرات آن را موجب شده است. نتایج اندازه گیری شیب سختی بر روی سطح مقطع نمونه های پوشش داده شده نمایانگر سختی بالای لایه های خارجی در پوششهای ترکیبات بین فلزی Ti-Ni-P است. تغییرات شیب سختی و بررسی سختی لایه از سطح تا عمق نشان می دهد که علت اصلی چسبندگی خوب لایه های ترکیبات بین فلزی عمدتاً به لحاظ شیب ملایم و یکنواخت سختی و کاهش نقش فصل مشترک لایه و زیرلایه می باشد. به همین علت پوششهای ترکیبات بین فلزی توانسته اند زیرلایه های مزبور را تحت شرایط بارگذاری و سایش لغزشی خشک به خوبی محافظت کنند. این امر می تواند کاربرد صنعتی آلیاژهای تیتانیوم را در حالت خشک تریبوسیستم افزایش دهد.

---

استفاده از پوشش هیدروکسی آپاتیت بر روی زیر لایه فلزی برای تهیه ایمپلنت بدن ، در دهه اخیر ، با هدف ترویج رشد استخوان اطراف ایمپلنت ، تثبیت بیولوژیکی سریعتر ایمپلنت و کوتاهتر کردن زمان التیام و درمان ، توسعه یافته است . در این مقاله به بررسی تأثیر نوع زیر لایه فلزی بر حصول نتایج کلینیکی و پاتولوژیکی پرداخته شده است . در پژوهش حاضر ، ایمپلنت هایی از جنس فولاد زنگ نزن و آلیاژ پایه کبالت با و بدون پوشش هیدروکسی آپاتیت پاشش پلاسمایی شده، تهیه و در دندان گربه اندوایمپلنت شد . پس از گذشت 4 ماه ، میزان ترویج رشد استخوان ارزیابی شد و بررسیهای هیستوپاتولوژیک صورت پذیرفت . نتایج نشانگر آن است که ایمپلنت‌های با پوشش ، میانگین پاسخ بهتری از نظر ترویج رشد استخوان ارائه داده اند . بررسیهای هیستوپاتولوژیکی مؤید آن است که اگرچه ایمپلنت‌های با پوشش تحریک بافتی کمتری در مقایسه با ایمپلنت های بدون پوشش ایجاد کرده اما هیچ یک از نمونه ها سازگاری بافتی کاملاً مناسبی نداشته اند . نوع زیرلایه فلزی در دستاوردهای حاصل نقش تعیین کننده داشته و آلیاژهای پایه کبالت با و بدون پوشش در مقایسه با فولاد زنگ نزن نتایج بهتری به بار آورده‌اند. بررسی رفتار خوردگی آلیاژهای فلزی زیر لایه در آزمونهای آزمایشگاهی و تحلیل نتایج حاصل نیز مؤید تأثیر نوع زیر لایه فلزی و پیامدهای مرتبط با آنهاست

---

در این تحقیق ریز ساختار و خواص مکانیکی جوشهای اصطکاکی Ti6Al4V/(WC-Co) مورد بررسی قرار گرفته است. ریزساختار منطقه مجاور جوش در نمونه تیتانیمی در کلیه حالتها متشکل از فریت سوزنی و هم محور همراه با فاز بتا بوده و در کلیه نمونه ها مخلوط شدن مکانیکی و نفوذ متقابل عناصر در یکدیگر رخ داده است. استحکام شکست جوشهای اصطکاکی Ti6Al4V/(WC-Co) با افزایش درصد کبالت موجود در زمینه کاربید تنگستن- کبالت به طور برجسته ای افزایش می یابد. در طی آزمایش خمش جوشهای Ti6Al4V/WC-6wt.%Co ترک در قسمت محیطی فصل مشترک اتصال جوانه زده و به سمت زمینه کاربید تنگستن کبالت (WC-6wt.%Co) رشد می کند، در حالی که در جوشهای Ti6Al4V/WC-11wt.%Co و Ti6Al4V/WC-24 wt.%Co پس از جوانه زنی ترک در قسمت محیطی موضع اتصال، ترک در فصل مشترک رشد می کند. واژگان کلیدی: جوشکاری اصطکاکی، آلیاژ Ti6Al4V، کاربید تنگستن کبالت، ریزساختار، استحکام شکست

---

ساخت و مشخصه‌های کامپوزیتهای زمینه آلومینیمی حاوی درصدهای حجمی مختلف ذرات ترکیب بین فلزی ‌Ni3Al (40-5 درصد) مورد بررسی قرار گرفت. به این منظور ابتدا پودرNi3Al با آلیاژسازی مکانیکی مخلوط پودر عناصر نیکل و آلومینیم تهیه شد. قطعات کامپوزیتی Ni3Al-Al با روش متالوژری پودر طی دو مرحله تهیه شد. ابتدا مخلوط پودرهای آلومینیوم و Ni3Al در فشار MPa 500 فشرده و سپس در دمای °C420 تحت فشار MPa 250 به مدت 10 دقیقه سینتر شدند. ریزساختار و سختی قطعات کامپوزیتی با کمک روشهای پراش پرتوایکس، میکروسکوپی الکترونی روبشی، میکروسکوپ نوری، سختی سنجی و چگالی سنجی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که در قطعات کامپوزیتی تهیه شده درصد ناچیزی تخلخل وجود دارد و به علاوه توزیع ذرات فازNi3Al در زمینه یکنواخت و همگن است. بررسیهای ساختاری نشان داد که در حین عملیات سینترینگ فاز جدیدی ناشی از واکنش بین Ni3Al و زمینه آلومینیومی ایجاد نمی‌شود. قطعات کامپوزیتی تولید شده سختی بالاتری را نسبت به نمونه آلومینیم خالص داشته و میزان سختی نمونه‌ها با افزایش درصد حجمی فاز Ni3Al افزایش می‌یابد.

---

در این مقاله مشخصات تغییر شکل تختال در فرایند سایزینگ پرس به عنوان یکی از روشهای کاهش عرض تختال در نورد گرم توسط روش المان محدود و با استفاده از فرمولاسیون صریح به کمک المانهای الاستوویسکوپلاستیک مورد بررسی قرار گرفته است. تأثیر متغیرهایی مانند عرض و ضخامت اولیه تختال، کاهش عرض، گام تغذیه و سرعت ابزار پرس بر فاکتورهایی از جمله شکل پروفیل ضخامت (عیب استخوان سگی1)، فرم دو انتهای تختال (عیب دم ماهی شدن2)، کاهش عرض در ابتدای تختال (عیب گردن پیدا کردن3) و کیفیت لبه تختال بررسی شده است. در ادامه مقایسه ای بین دو روش کاهش عرض متداول یعنی نورد عمودی به کمک غلتکهای عمودی4 و دستگاه سایزینگ پرس5 به منظور تعیین تفاوتها و بازده هر کدام از دو روش ارایه شده است. میزان برگشت عرض که یکی از مهمترین فاکتورها در ارجحیت روش کاهش عرض است و همچنین شکل تختال پس از عبور از اولین ایستگاه نورد افقی در این تحقیق ارزیابی شده است. همچنین به منظور معتبرسازی روش تحلیل، نتایج حاصله با نتایج تجربی مقایسه شده است. نتایج تحقیق حاکی از تغییر شکل یکنواخت تر و بازده بالاتر در فرایند سایزینگ پرس نسبت به نورد عمودی است.

---

مطالعه حاضر، تحلیل عددی پدیده فروریزش ستون‌های مواد دانه‌ای را به‌کمک روش هیدرودینامیک ذرات هموار و یک رابطه ساختاری محلی پیشنهاد شده توسط ژوپ و همکاران، ارائه می‌دهد. این روابط ساختاری بر پایه ماهیت متراکم جریان توده دانه‌ای به‌عنوان یک جریان ویسکوپلاستیک بیان می‌شود که ویسکوزیته را به‌اندازه نرخ کرنش محلی و میدان فشار محلی مرتبط می‌کند. پارامترهای رئولوژی از طریق نتایج تجربی تعیین شده است. یک روش ساده برای منظم‌سازی مقدار ویسکوزیته پیشنهاد شد تا شرایط توقف و سطح آزاد جریان گرانشی که فشار آن صفر است را فراهم سازد. نوسانات فشار به‌عنوان اشکال اصلی در روش "هیدرودینامیک ذرات هموار تراکم‌پذیر ضعیف" منجر به توزیع نامناسب فشار می‌شود. در این مقاله، یک الگوریتم جدید برای حذف نوسانات غیرفیزیکی با مرتبط کردن دیورژانس سرعت به لاپلاسین فشار پیشنهاد شده است. شبیه‌سازی‌های صورت گرفته برپایه الگوریتم پیشنهادی به‌خوبی دینامیک جریان دانه‌ای مشاهده شده در نتایج تجربی را نشان می‌دهد. ضخامت بیشینه جریان دانه‌ای روی سطح شیب‌دار بر اساس مدل رئولوژی محلی و مقادیر تجربی تعیین شد و با نتایج عددی مقایسه شد. فاصله پیشروی نهایی و شیب نشست به‌دست آمده از شبیه‌سازی‌ها با مقادیر تعیین شده از آزمایش‌های تجربی کاملاً سازگاری داشت. نتایج نشان می‌دهد که نسبت ستون اولیه نقش مهمی در پخش توده دانه‌ای و شکل نشست نهایی ستون ایفا می‌کند.

---

در این مقاله، حل مسائل مهندسی با معادلات هارمونیک که دارای تکینگی ضعیف یا ناپیوستگی در گرادیان تابع حل هستند برای مواد همگن و ناهمگن بررسی می‌شود. از آنجا که سایر روش‌های عددی استاندارد از جمله روش اجزای محدود از پایه‌های هموار برای تقریب پاسخ مسئله استفاده می‌کنند و این پایه‌ها قادر به تطبیق خود با شرایط مجاور محدوده تکین نیستند، توابع دیگری نیز باید به پایه‌های اصلی اضافه شوند تا کیفیت حل را بهبود ببخشند. برای این منظور از توابع پایه متعادل‌شده به‌عنوان پایه‌های جدید در کنار پایه‌های چندجمله‌ای معمول روش اجزای محدود برای ساخت مجموعه‌ای از توابع شکل جدید استفاده می‌شود. این توابع از ارضای صورت همگن انتگرال وزنی معادله دیفرانسیل به‌دست می‌آیند و مرتبه تکینگی مسئله را به‌صورت خودکار تشخیص می‌دهند. توابع مذکور در المان‌های مجاور نقطه تکین در نظر گرفته می‌شوند. در نتایج عددی نشان داده خواهد شد که ترکیب این پایه‌ها با پایه‌های معمول در روش اجزای محدود، همگام با حفظ خواص مهم این روش منجر به بهبود کیفیت پاسخ آن به‌ویژه در مجاورت نقطه دارای تکینگی ضعیف می‌شود.

---

در این مقاله کمانش استاتیکی تیرهای همگن پوشیده شده با لایه تشکیل شده از مواد مدرج تابعی متخلخل، با شرایط مرزی مختلف بر اساس تئوری تیر تیموشنکو بررسی شده است. از اصل کار مجازی برای به ­دست آوردن روابط حاکم بر مسئله استفاده شده است و سپس دو روش حل تحلیلی دقیق و حل عددی برای به­ دست آوردن نیروی کمانش و حل روابط مورد استفاده قرار گرقته­‌اند. روابط حاکم به­ صورت یک سری رابطه دیفرانسیل معمولی جفت شده هستند. در حل تحلیلی ابتدا این روابط با استفاده از یک سری عملیات ریاضی جدا می­‌شوند و سپس حل می­‌شوند. حل به­ دست آمده دارای یک سری پارامترها و ثابت­‌های مجهول است. با استفاده از روابط شرایط مرزی در دو انتهای تیر یک دستگاه رابطه همگن استخراج می­‌شود که از رویه حل نابدیهی آن، مقدار نیروی کمانش محوری تیر به­ دست می‌آید. در حل عددی از روش مربعات دیفرانسیلی تعمیم یافته برای حل روابط استاتیکی استفاده شده است. در پایان، نتایج عددی ارائه شده است و تأثیر پارامترهای مختلف از جمله نسبت ضخامت به طول تیر، ضخامت لایه متخلخل، مقدار پارامتر تخلخل بر روی میزان نیروی کمانش مطالعه شده است. مقایسه نتایج به­ دست آمده از دو روش حل تحلیلی و عددی، صحت و اعتبار هر دو روش را تایید می­‌کند.