دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی مکانیک

گرایش : طراحی کاربردی

عنوان : طراحی آب­بند فشار بالا

دانشگاه صنعتی اصفهان

دانشکده مهندسی مکانیک

طراحی آب­بند فشار بالا

 

پايان‌نامه کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک- طراحی کاربردی

استاد راهنما

دکتر محمود فرزين

1394

 

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب

 

عنوان                                                                                                                                                                               صفحه

فهرست مطالب.. هشت

فهرست شکل­ها.. يازده

فهرست جدول­ها.. چهارده

چکيده.. 1

فصل اول: مقدمه                                                                                                                                                    

1-1 تاريخچه.. 2

فصل دوم: انواع رينگ­های آب­بندی                                                                                                                                                     

2-1 مقدمه.. ٦

2-2 آب­بندهای او- رينگی.. 7

2-3 آب­بندهای يو- رينگی.. 12

2-٤ آب­بندهای وی- رينگی.. 12

2-٥ آب­بندهای سی- رينگی.. ١٤

2-٦ آب­بندهای بر اساس طرح بريجمن.. ١٥

فصل سوم: پليمر­ها و خواص مکانيکی آن­ها

3-1 مقدمه.. 22

3-2 الاستومر­ها..

3-2-1 رفتار مواد الاستيک. 25

3-2-2 رفتار تنش- کرنش مواد الاستيک. 26

3-2-3 مدل­های ارائه شده از تابع انرژی کرنشی. 27

3-3 پلاستيک­ها   31

 

3-3-1 خواص مکانيکی پلاستيک­ها. 32

فصل چهارم: مدل­سازی مواد انتخابی برای آب­بند

٤-1 مقدمه.. ٤١

٤-2 انتخاب جنس آب­بند.. ٤١

٤-2-1 پلی­آميد­ها (نايلون). 42

٤-2-2 پلی­اتيلن. 42

٤-2-3 NBR.. 43

٤-2-٤ سيليکون. 44

٤-3 انجام آزمون.. ٤٤

٤-3-1 آزمون کشش تک محوره. 44

٤-3-2 آزمون فشار تک محوره. 48

٤-3-3 آزمون رهايی از تنش. 50

٤-3-٤ آزمون سختی. 53

٤-٤ مدل­های ساختاری.. ٥٤

٤-٤-1 شبيه­سازی رفتار NBR و سيليکون. 55

4-4-2 شبيه­سازی رفتار PA6، UHMWPE-glass و UHMWPE-ceramic. 56

فصل پنجم: ارائه و تحليل نتايج

٥-1 مقدمه   ٥٧

 

٥-2 انبساط سيلندر و انقباض پيستون.. ٥٨

٥-3 شکل آب­بند.. ٦٠

٥-٤ فشار آب­بندی.. ٦٩

فصل ششم: نتيجه­گيری و پيشنهاد

٦-1 نتيجه­گيری.. 73

٦-2 پيشنهاد.. ٧٤

پيوست الف.. 75

مراجع.. 76

 

عنوان                                                                                                                                                                                صفحه

شکل ‏1‑1- مقطع طولی از يک سيستم ترمز هيدروليکی [2]   3

شکل ‏1‑2- بزرگ­نمايی بخشی از شکل ‏1‑1 شامل او- رينگ لاستيکی [2]   3

شکل ‏2‑1- مجموعه­ی آب­بند شامل رينگ لاستيکی و گلند [9]   7

شکل ‏2‑2- توزيع فشار در او- رينگ [11].. 8

شکل ‏2‑3- ارتباط­ی بين سختی او- رينگ و ميزان لقي و فشار سيال [9]   9

شکل ‏2‑4- قابليت ارتجاعی او- رينگ [11].. 10

شکل ‏2‑5- تزريق رينگ به داخل لقی برای فشار نزديک bar100  10

شکل ‏2‑6- رينگ پشتيبان برای او- رينگ [11].. 11

شکل ‏2‑7- يو- رينگ.. 12

شکل ‏2‑8- وی- رينگ [13].. 13

شکل ‏2‑9- نوعی آب­بند وی- رينگی برای فشار بسيار قوی [12]   14

شکل ‏2‑10- سی- رينگ [13].. 14

شکل ‏2‑11- نمايش سطح جبران نشده­ی فشار در آب­بندهای طرح بريجمن [14]   15

شکل ‏2‑12- آب­بندهای محوری [11].. 15

شکل ‏2‑13- آب­بندهای شعاعی [11].. 16

شکل ‏2‑14- نوعی آب­بند پين­دار برای فشار بسيار قوی [14]   17

شکل ‏2‑15- نوعی آب­بند بوشی برای فشار بسيار قوی [14]   18

شکل ‏2‑16- نوعی آب­بند رينگی برای فشار بسيار قوی [14]   19

شکل ‏2‑17- نوعی آب­بند رينگی برای فشار بسيار قوی [14]   19

شکل ‏2‑18- نوعی آب­بند پيستون مخروطی برای فشار بسيار قوی [14]   20

شکل ‏2‑19- نوعی آب­بند پيستون رينگی برای فشار بسيار قوی [14]   20

شکل ‏3‑1- دسته­بندی مواد پليمری.. 23

شکل ‏3‑2- مدل ماکسول.. 35

 

شکل ‏3‑3- مدل کلوين يا وُيت.. 38

شکل ‏4‑1- عبور سيال از ميان لقی موجود بين اجزای سازنده يک سيستم [10]   42

شکل ‏4‑2- نمونه­ی سيليکون ماشين­کاری شده آزمون کشش   45

شکل ‏4‑3- الف) نمونه­ی NBR و ب) نمونه­ی سيليکون آزمون کشش تک محوره   45

شکل ‏4‑4- الف) نمونه­ی NBR و ب) نمونه­ی سيليکون حين آزمون کشش   45

شکل ‏4‑5- الف) نمونه­ی NBR و ب) نمونه­ی سيليکون پس از آزمون کشش   46

شکل ‏4‑6- منحنی­های تنش- کرنش NBR و سيليکون   46

شکل ‏4‑7- منحنی­های تنش- کرنش PA6، UHMWPE-glass، UHMWPE-ceramic  [21]   47

شکل ‏4‑8- منحنی تنش- کرنش نمونه­ی NBR طی چند دوره بارگذاری- باربرداری   47

شکل ‏4‑9- منحنی تنش- کرنش نمونه­ی سيليکون طی چند دوره بارگذاری- باربرداری.. 48

شکل ‏4‑10- نمونه­ی سيليکون آزمون فشار تک محوره   48

شکل ‏4‑11- منحنی تنش- کرنش نمونه­ی سيليکون تحت فشار تک محوره   49

شکل ‏4‑12- نمونه­ی آزمون فشار سيليکون پس از شکست   49

شکل ‏4‑13- نمونه­ی سيليکون تحت فشار.. 50

شکل ‏4‑14- منحنی حاصل از آزمون رهايی از تنش نمونه­ی NBR   50

شکل ‏4‑15- منحنی حاصل از آزمون رهايی از تنش نمونه­ی سيليکون   51

شکل ‏4‑16- نتايج حاصل از آزمون رهايی از تنش نمونه­ی PA6  [21]   51

شکل ‏4‑17- نتايج حاصل از آزمون رهايی از تنش نمونه­ی UHMWPE-glass  [21]   52

شکل ‏4‑18- نتايج حاصل از آزمون رهايی از تنش نمونه­ی UHMWPE-ceramic  [21]   52

شکل ‏4‑19- نمونه­های سيليکونی برای آزمون سختی   53

شکل ‏4‑20- دستگاه اندازه­گيری سختی.. 53

شکل ‏4‑21- مقايسه نتايج توابع انرژی مختلف با داده­های تجربی برای NBR   55

شکل ‏4‑22- مقايسه نتايج توابع انرژی مختلف با داده­های تجربی برای سيليکون.. 56

شکل ‏5‑1- مخزن فشار بالا.. 57

شکل ‏5‑2- جابه­جايی سيلندر تحت فشار سيال.. 58

شکل ‏5‑3- تغيير شکل سيلندر تحت فشار.. 59

 

شکل ‏5‑4- جابه­جايی پيستون تحت فشار سيال.. 59

شکل ‏5‑5- تغيير شکل پيستون تحت فشار.. 60

شکل ‏5‑6- استفاده از وی- رينگ (الف) و سی- رينگ (ب) برای طراحی مورد نظر   61

شکل ‏5‑7- تغيير شکل وی- رينگ تحت فشار.. 61

شکل ‏5‑8- تغيير شکل سی- رينگ تحت فشار.. 61

شکل ‏5‑9- استفاده از او- رينگ برای طراحی مورد نظر   62

شکل ‏5‑10- تغيير شکل او- رينگ تحت فشار.. 63

شکل ‏5‑11- آب­بند طراحی شده.. 63

شکل ‏5‑12- تغيير شکل آب­بند طراحی شده تحت فشار   64

شکل ‏5‑13- ساده سازی مسئله به صورت متقارن محوری   64

شکل ‏5‑14- اعمال مستقيم فشار سيال روی آب­بند   65

شکل ‏5‑15- تغيير شکل آب­بند تحت فشار مستقيم سيال   65

شکل ‏5‑16- تغيير شکل آب­بند تحت فشار سيال با بهره گرفتن از تشديدکننده   66

شکل ‏5‑17- شبيه­سازی تغيير شکل تشديدکننده.. 66

شکل ‏5‑18- تغيير شکل تشديدکننده تحت فشار سيال   67

شکل ‏5‑19- حرکت تشديدکننده به سمت پايين بدون محدوديت   67

شکل ‏5‑20- ايجاد پله روی پيستون.. 68

شکل ‏5‑21- فشار سيال موجود در لقی بين سيلندر و تشديدکننده   68

شکل ‏5‑22- اندازه­های متفاوت مش برای آب­بند.. 69

شکل ‏5‑23- فشار آب­بندی برای PA6. 70

شکل ‏5‑24- فشار آب­بندی برای UHMWPE-glass. 70

شکل ‏5‑25- فشار آب­بندی برای UHMWPE-ceramic. 71

شکل ‏5‑26- فشار آب­بندی برای NBR.. 71

شکل ‏5‑27- فشار آب­بندی برای سيليکون.. 72

فهرست جدول­ها

 

عنوان                                                                                                                                                                               صفحه

جدول ‏4‑1- ضرايب مدل آگدن NBR و سيليکون.. 56

جدول ‏4‑2- ضرايب مدل الاستيک PA6، UHMWPE-glass و UHMWPE-ceramic. 56

 

 

چکيده

امروزه در صنايع مختلفی هم­چون صنايع هوا فضا، انرژی اتمی، صنايع شيميايی، پالايشگاه­ها، صنايع پتروشيمی و … نياز به استفاده از مکانيزم­هايی با فشار بالا می­باشد تا امکان انجام و تکميل فرآيند­های مربوطه فراهم شود. افزايش فشار درون محفظه­ای سيلندری شکل انجام می­گيرد و در نتيجه چنين محوطه­ای بايد در مقابل نفوذ سيال درون محفظه به بيرون آن، آب­بند باشد. با بالا رفتن فشار مشکلات فراوانی در زمينه­ی نشست سيال پديد می­آيد چرا که با پيشرفت فرآيند، اختلاف فشار بيرون و درون سيستم افزايش يافته و در نتيجه، تمايل سيال به نشست افزايش می­يابد. به گونه­ای که مخزن موجود مانند بمبی می­شود که کوچک­ترين اخلال در سيستم آب­بندی موجب نشت و حتی انفجار و خسارات جبران ناپذيری می­گردد. بنابراين برای انجام چنين فرآيندهايی (فرآيندهای فشار بالا)، آب­بندی ايمن از ضروری­ترين نياز­هاست. اين پژوهش به طراحی يک آب­بند فشار بالا بر اساس طرح بريجمن می­پردازد، به گونه­ای که با بهره گرفتن از فشار سيال و افزايش آن توسط مجموعه­ی آب­بند عمليات آب­بندی با اطمينان صورت گيرد. برای بررسی عملکرد آب­بند از شبيه­سازی به کمک نرم­افزار آباکوس استفاده شده است. رينگ­های مختلف آب­بندی بررسی می­گردد و در نهايت رينگی که بتواند علاوه بر ايجاد فشار کافی (فشاری بيش از فشار سيال)، توزيع يکنواخت­تری از فشار را داشته باشد (به منظور جلوگيری از آسيب آب­بند)، انتخاب می­گردد. در اين پژوهش از PA6، UHMWPE-glass، UHMWPE-ceramic،  NBRو سيليکون برای آب­بند فشار بالا استفاده شده است. PA6، UHMWPE-glass، UHMWPE-ceramic رفتار الاستو- پلاستيک و تابع زمان دارند. از اين رو، برای شبيه­سازی آن­ها از مدل­های الاستيک و ويسکوالاستيک استفاده می­شود.  NBRو سيليکون رفتار هايپرالاستيک و تابع زمان دارند و برای شبيه­سازی آن­ها از مدل­های هايپرالاستيک و ويسکو الاستيک استفاده می­شود.

کلمات کليدی: آب­بندی، فشار بالا، بريجمن، پليمر­ها، هايپرالاستيک

1-1  تاريخچه

لوندبرگ[1] در سال 1896 در سوئد اولين اختراع مربوط به او- رينگ را به ثبت رسانيد. در سال 1937 کريستنسن[2] در آمريکا اختراعی را ثبت کرد که در آن برای بهبود آب­بندی در يک سيستم ترمز هيدروليکی از رينگ­های لاستيکی استفاده کرده است. يک مقطع طولی از اين سيستم در شکل ‏1‑1 نشان داده شده است. در شکل ‏1‑2 بزرگ­نمايی بخشی از شکل ‏1‑1 شامل او- رينگ لاستيکی مشاهده می­شود. اين او- رينگ از لاستيک تراکم­پذير با دانسيته­ی بالا ساخته شده است.

در ابتدا او- رينگ، به عنوان يک آب­بند ساده و مستحکم در سيستم­های هيدروليکی، توسط صنعت هواپيمايی در طول جنگ جهانی دوم (19٤5-1939) به کار گرفته شد اما از سال 1950 استفاده از آن توسط خودرو­سازان و صنايع ديگر بسيار گسترش يافت [1]، [2].

 

شکل ‏1‑1- مقطع طولی از يک سيستم ترمز هيدروليکی [2]

شکل ‏1‑2- بزرگ­نمايی بخشی از شکل ‏1‑1 شامل او- رينگ لاستيکی [2]

تاکنون نمونه­هاي زيادی از شبيه­سازی لاستيک به کمک اجزا محدود انجام شده، که در ادامه به چند مورد از آن­ها اشاره می­شود.

  1. در سال 2002 آنيس و همکاران يک نوع آب­بند لاستيکی Push-Button Diaphragm را مدل کردند [3].
  2. در سال 2009 جوان و همکاران مکانيزم آب­بندی يک نوع شير را بهينه­سازی کردند. اين آب­بند از جنس NBR است [٤].
  3. در سال 2009 لی و همکاران شکست يک لاستيک بوش مانند را که در اتومبيل به­کار می­رود، بررسی کردند [٥].
  4. در سال 2013 تاسورا و همکاران تغيير شکل يک آب­بند الاستومری از نوع lip را شبيه­سازی کردند [٦].
  5. در سال 2014 ليو و همکارانش عمر رينگ آب­بندی از جنس لاستيک سيليکون را، که در موتور جت به کار می­رود، بررسی کردند [7].
  6. در سال 201٤ زويی و همکاران شکست آب­بند يک پمپ را شبيه­سازی کردند [8].

در همه­ی اين موارد برای مدل کردن لاستيک از تابع مونی- ريولين استفاده شده که به غير از مورد چهارم، پارامتر­های اين تابع از داده­های آزمون کشش تک محوره به­دست آمده­اند. در مورد چهارم تاسورا وهمکارانش پارامتر­های متفاوتی را برای تابع مونی- ريولين در نظر گرفته و با بهره گرفتن از داده­های تجربی و روش کمترين مربعات بهترين پارامتر­ها را انتخاب کرده­اند.

آب­بند­ها يکی از مفيد­ترين طرح­هايی هستند که تا کنون ساخته شده­اند و امروزه کاربرد بسيار گسترده­ای دارند. قطعاً بدون آن­ها بسياری از محصولات نمی­توانستند به بازار راه پيدا کنند.

برخی از ويژگی­های او- رينگ که باعث شده از ابتدا تا کنون برای آب­بندی به­کار رود، عبارتند از:

  1. می­تواند برای آب­بندی سيلندر­ها و پيستون­های استاتيکی تا فشار psi٥٠٠٠ به­کار رود (فشار می­تواند ثابت يا متغير باشد).
  2. او- رينگ­ها برای سيلندر و پيستون­های رفت و برگشتی تا فشار psi5000 عملکرد رضايت بخشی دارند و ممکن است مقدار کمی نشتی (چند قطره در هر 100 حرکت) داشته باشند. برای سيستم­های دورانی هم عملکرد مشابهی دارند اما در همه­ی اين موارد بايد سرعت حرکت سطوح پايين نگه­داشته شود.
  3. يک او- رينگ را در شرايطی که فشار به صورت تناوبی به يک طرف او- رينگ و سپس به طرف ديگر آن اعمال می­شود، می­توان به­کار برد. در بارگذاری شديد يا موارد خاص ديگر برای افزايش طول عمر مجموعه­ی آب­بند مي­توان مکانيزم را به صورتی طراحی کرد که به هر او- رينگ فقط در يک جهت فشار اعمال شود. گاهی برای اطمينان بيشتر به جای يک او- رينگ از چند رديف او- رينگ استفاده می­شود. در اين صورت قبل از آسيب، او- رينگ اول که در معرض فشار قرار دارد کل نيروی اعمالی را تحمل می­کند.
  4. اثرات تغيير دما از C°18+ تا C°121+ روی عملکرد او- رينگ­ها، به ماده­ی به­کار رفته برای آن­ها بستگی دارد. لاستيک مصنوعی می­تواند به صورت دائمی در معرض دمای بالا يا دمای پايين و برای مدت کوتاهی در معرض تغييرات دمايی گسترده قرار بگيرد. آب­بند­ها در دما­های خيلی پايين ممکن است شکننده شوند اما در صورت گرم شدن انعطاف­پذيری عادی خود را بدون ايجاد هيچ­گونه مشکلی دوباره به­دست می­آورند. اگر آب­بند­ها به مدت طولانی در معرض حرارت شديد قرار بگيرند، سختی آن­ها به صورت دائمی افزايش می­يابد و از بين می­روند. معمولاً ضريب انبساط حرارتی لاستيک مصنوعی به اندازه­ای کم است که تغييرات دمايی مشکلی برای طراحی ايجاد نمی­کند (اين ويژگی­ها برای تمامی ترکيبات الاستومر­ی صادق نيست.).
  5. آب­بند­های او- رينگی به دليل سادگی، استحکام بالا، قيمت ارزان و نصب آسان نسبت به ساير آب­بند­ها کاربرد بيشتری دارند.
  6. گرچه او- رينگ­ها کاربرد زيادی دارند اما برای همه­ی مسائل آب­بندی راه حل مناسبی نيستند. برای مثال در مواردی که:
  • سرعت دورانی بيش از min/ft1500 است.
  • محيط با مواد الاستومری ناسازگار است.
  • فضای کافی وجود نداشته باشد.

از آن­ها نمی­توان استفاده کرد [9].

تعداد صفحه :117

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

:        ****       serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  *** ***

جستجو در سایت : کلمه کلیدی خود را وارد نمایید :