شماره ركورد
26182
شماره راهنما
MEC2 311
عنوان
شبيهسازي و طراحي يك سامانه مكاترونيكي مبتني بر ميدان مغناطيسي در فرآيند شكلدهي ورقهاي آلومينيومي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مكاترونيك
دانشكده
فني و مهندسي
تاريخ دفاع
1405/06/30
صفحه شمار
94 ص.
استاد راهنما
شهرام هاديان جزي , مهدي مرتضوي
كليدواژه فارسي
شكلدهي مغناطيسي , كويل , جريان گردابي , نيروي لورنتس , تخليه خازني , كامسول
چكيده فارسي
فرآيند شكلدهي مغناطيسي يك روش نوين در دسته فرآيندهاي شكلدهي پرسرعت است كه با نرخ كرنش بالا، پتانسيل خوبي در تغيير شكل فلزات دارد. در اين فرآيند از يك ميدان مغناطيسي قوي براي وارد كردن نيروي مكانيكي به قطعه استفاده ميشود. اين نيرو كه در مدل شكلدهي الكترومغناطيسي EMF، ناشي از تخليه خازني در كويل است، باعث ايجاد ميدان مغناطيسي شديد گذرا در كويل ميشود كه همين ميدان جريان گردابي را در ورق القا ميكند. اندركنش ميان اين جريان و ميدان مغناطيسي اطراف كويل باعث ايجاد نيروي لورنتس و دفع ورق با سرعت بسيار بالا از كويل ميشود. بااينحال، در روشهاي مرسوم قبلي، دوام و طول عمر كويل به دليل شوكهاي مكانيكي شديد و بارهاي حرارتي متناوب، يك چالش اساسي و محدودكننده در توسعه صنعتي اين فناوري بهشمار ميرود.
در اين پژوهش، روش شكلدهي الكترومغناطيسي با جريان پالسي مستقيم با هدف حل اين چالش ساختاري، توسعهيافته و مورد بررسي قرار گرفته است. در اين مدل، با حذف كويلهاي آسيبپذير و جايگزيني آنها با يك بلوك مسي كه در غلاف مستحكم قرار گرفته است، جريان الكتريكي پالسي ناشي از تخليه خازني، به طور مستقيم به قطعهكار اعمال ميشود و ميدان مغناطيسي قوي اطراف ورق ايجاد ميكند كه عبور جريان مستقيم از قطعهكار، باعث ايجاد گرمايش ژولي در ورق ميشود و همزماني آن با اعمال نيروي لورنتس به ورق موجب شكلدهي ترموپلاستيك ميشود. اين فرآيند جفتشده الكترومغناطيسي-حرارتي-مكانيكي، باعث نرمشوندگي حرارتي لحظهاي در ورقهاي آلومينيومي شده و در نتيجه حد شكلپذيري آن را افزايش ميدهد. اين فرآيند با نرمافزار المان محدود چند فيزيكي كامسول تحليل و شبيهسازي شده است و براي اعتبارسنجي نتايج تحليل از دادههاي تستهاي تجربي مرجع ديگر استفاده شده است. در اين پژوهش مدار منبع توليد پالس مورد بررسي قرار گرفته است و اثر پارامترهاي آن روي جريان تخليه و افزايش دماي ورق و همچنين نيروي وارد بر ورق مورد تحليل قرار گرفته است. در بخش ديگر اثرات تغيير شكل بلوك مسي در نيرو و پروفيل نيروي اعمالي به ورق بررسي شده است همچنين فرآيند براي ابعاد مختلف ورق بررسي و نتايج گزارش گرديده است. نمودارهاي تحليل مكانيكي از جمله تغيير شكل ورق، تغيير ضخامت، نرخ كرنش و سرعت پرتاب ورق نيز ارائه گرديده است.
كليدواژه لاتين
Electromagnetic Forming , Coil , Eddy Current , Lorentz Force , Capacitor Discharge , COMSOL Multiphysics
عنوان لاتين
Simulation and Design of a magneticfield based mechatronics system for forming process of aluminum sheets
گروه آموزشي
مهندسي مكانيك
چكيده لاتين
Electromagnetic forming (EMF) is an advanced high-speed metal forming process with significant potential for deforming metallic materials at high strain rates. In this process, a strong magnetic field is used to apply a mechanical force to the workpiece. In conventional electromagnetic forming, this force is generated by the discharge of a capacitor through a forming coil, which produces a strong transient magnetic field around the coil. The magnetic field induces eddy currents in the sheet, and the interaction between the induced currents and the surrounding magnetic field generates a Lorentz force that propels the sheet away from the coil at very high velocity. However, the durability and service life of the forming coil, due to severe mechanical shocks and cyclic thermal loads, remain major challenges that limit the industrial development and application of conventional EMF.
In this study, a direct-pulse-current electromagnetic forming (DPCEMF) method is developed and investigated to address the structural limitations associated with conventional forming coils. In the proposed method, the vulnerable forming coil is eliminated and replaced with a conductive copper block enclosed in a robust protective casing. The pulsed electric current generated by capacitor discharge is directly applied to the workpiece, generating a strong magnetic field around the sheet. The direct passage of current through the workpiece also produces Joule heating in the sheet, and the simultaneous application of the Lorentz force and Joule heating results in thermoplastic forming of the sheet. This coupled electromagnetic–thermal–mechanical process provides instantaneous thermal softening of the aluminum sheet and consequently increases its formability limit. The proposed process is analyzed and simulated using the multiphysics finite element software COMSOL Multiphysics, and the numerical results are validated using experimental test data reported in previous studies.
In this research, the pulsed-power supply circuit is also investigated, and the effects of its electrical parameters on the discharge current, sheet temperature rise, and force applied to the sheet are analyzed. In addition, the effects of deformation of the copper block on the magnitude and force profile applied to the sheet are examined. Furthermore, the proposed forming process is investigated for different sheet dimensions, and the corresponding results are reported. The mechanical response of the process is also evaluated through analysis of parameters including sheet deformation, thickness variation, strain rate, and sheet ejection velocity, and the corresponding mechanical analysis results are presented.
تعداد فصل ها
5
فهرست مطالب pdf
171217
نويسنده