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

 

پایان‌نامه کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک- طراحی کاربردی

استاد راهنما

دکتر محمود فرزین

1394

 

(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.. یازده

فهرست جدول­ها.. چهارده

چکیده.. 1

فصل اول: مقدمه                                                                                                                                                    

1-1 تاریخچه.. 2

فصل دوم: انواع رینگ­های آب­بندی                                                                                                                                                     

2-1 مقدمه.. ٦

2-2 آب­بندهای او- رینگی.. 7

2-3 آب­بندهای یو- رینگی.. 12

2-٤ آب­بندهای وی- رینگی.. 12

2-٥ آب­بندهای سی- رینگی.. ١٤

2-٦ آب­بندهای بر اساس طرح بریجمن.. ١٥

فصل سوم: پلیمر­ها و خواص مکانیکی آن­ها

3-1 مقدمه.. 22

3-2 الاستومر­ها..

3-2-1 رفتار مواد الاستیک. 25

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

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

3-3 پلاستیک­ها   31

 

3-3-1 خواص مکانیکی پلاستیک­ها. 32

فصل چهارم: مدل­سازی مواد انتخابی برای آب­بند

٤-1 مقدمه.. ٤١

٤-2 انتخاب جنس آب­بند.. ٤١

٤-2-1 پلی­آمید­ها (نایلون). 42

٤-2-2 پلی­اتیلن. 42

٤-2-3 NBR.. 43

٤-2-٤ سیلیکون. 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 رهایی از تنش. 50

٤-3-٤ آزمون سختی. 53

٤-٤ مدل­های ساختاری.. ٥٤

٤-٤-1 شبیه­سازی رفتار NBR و سیلیکون. 55

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

فصل پنجم: ارائه و تحلیل نتایج

٥-1 مقدمه   ٥٧

 

٥-2 انبساط سیلندر و انقباض پیستون.. ٥٨

٥-3 شکل آب­بند.. ٦٠

٥-٤ فشار آب­بندی.. ٦٩

فصل ششم: نتیجه­گیری و پیشنهاد

٦-1 نتیجه­گیری.. 73

٦-2 پیشنهاد.. ٧٤

پیوست الف.. 75

مراجع.. 76

 

عنوان                                                                                                                                                                                صفحه

شکل ‏1‑1- مقطع طولی از یک سیستم ترمز هیدرولیکی [2]   3

شکل ‏1‑2- بزرگ­نمایی بخشی از شکل ‏1‑1 شامل او- رینگ لاستیکی [2]   3

شکل ‏2‑1- مجموعه­ی آب­بند شامل رینگ لاستیکی و گلند [9]   7

شکل ‏2‑2- توزیع فشار در او- رینگ [11].. 8

شکل ‏2‑3- رابطه­ی بین سختی او- رینگ و میزان لقی و فشار سیال [9]   9

شکل ‏2‑4- قابلیت ارتجاعی او- رینگ [11].. 10

شکل ‏2‑5- تزریق رینگ به داخل لقی برای فشار نزدیک bar100  10

شکل ‏2‑6- رینگ پشتیبان برای او- رینگ [11].. 11

شکل ‏2‑7- یو- رینگ.. 12

شکل ‏2‑8- وی- رینگ [13].. 13

شکل ‏2‑9- نوعی آب­بند وی- رینگی برای فشار بسیار قوی [12]   14

شکل ‏2‑10- سی- رینگ [13].. 14

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

شکل ‏2‑12- آب­بندهای محوری [11].. 15

شکل ‏2‑13- آب­بندهای شعاعی [11].. 16

شکل ‏2‑14- نوعی آب­بند پین­دار برای فشار بسیار قوی [14]   17

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

شکل ‏2‑16- نوعی آب­بند رینگی برای فشار بسیار قوی [14]   19

شکل ‏2‑17- نوعی آب­بند رینگی برای فشار بسیار قوی [14]   19

شکل ‏2‑18- نوعی آب­بند پیستون مخروطی برای فشار بسیار قوی [14]   20

شکل ‏2‑19- نوعی آب­بند پیستون رینگی برای فشار بسیار قوی [14]   20

شکل ‏3‑1- دسته­بندی مواد پلیمری.. 23

شکل ‏3‑2- مدل ماکسول.. 35

 

شکل ‏3‑3- مدل کلوین یا وُیت.. 38

شکل ‏4‑1- عبور سیال از میان لقی موجود بین اجزای سازنده یک سیستم [10]   42

شکل ‏4‑2- نمونه­ی سیلیکون ماشین­کاری شده آزمون کشش   45

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

شکل ‏4‑4- الف) نمونه­ی NBR و ب) نمونه­ی سیلیکون حین آزمون کشش   45

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

شکل ‏4‑6- منحنی­های تنش- کرنش NBR و سیلیکون   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 سیلیکون طی چند دوره بارگذاری- باربرداری.. 48

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

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

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

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

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

شکل ‏4‑15- منحنی حاصل از آزمون رهایی از تنش نمونه­ی سیلیکون   51

شکل ‏4‑16- نتایج حاصل از آزمون رهایی از تنش نمونه­ی PA6  [21]   51

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

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

شکل ‏4‑19- نمونه­های سیلیکونی برای آزمون سختی   53

شکل ‏4‑20- دستگاه اندازه­گیری سختی.. 53

شکل ‏4‑21- مقایسه نتایج توابع انرژی مختلف با داده­های تجربی برای NBR   55

شکل ‏4‑22- مقایسه نتایج توابع انرژی مختلف با داده­های تجربی برای سیلیکون.. 56

شکل ‏5‑1- مخزن فشار بالا.. 57

شکل ‏5‑2- جابه­جایی سیلندر تحت فشار سیال.. 58

شکل ‏5‑3- تغییر شکل سیلندر تحت فشار.. 59

 

شکل ‏5‑4- جابه­جایی پیستون تحت فشار سیال.. 59

شکل ‏5‑5- تغییر شکل پیستون تحت فشار.. 60

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

شکل ‏5‑7- تغییر شکل وی- رینگ تحت فشار.. 61

شکل ‏5‑8- تغییر شکل سی- رینگ تحت فشار.. 61

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

شکل ‏5‑10- تغییر شکل او- رینگ تحت فشار.. 63

شکل ‏5‑11- آب­بند طراحی شده.. 63

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

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

شکل ‏5‑14- اعمال مستقیم فشار سیال روی آب­بند   65

شکل ‏5‑15- تغییر شکل آب­بند تحت فشار مستقیم سیال   65

شکل ‏5‑16- تغییر شکل آب­بند تحت فشار سیال با بهره گرفتن از تشدیدکننده   66

شکل ‏5‑17- شبیه­سازی تغییر شکل تشدیدکننده.. 66

شکل ‏5‑18- تغییر شکل تشدیدکننده تحت فشار سیال   67

شکل ‏5‑19- حرکت تشدیدکننده به سمت پایین بدون محدودیت   67

شکل ‏5‑20- ایجاد پله روی پیستون.. 68

شکل ‏5‑21- فشار سیال موجود در لقی بین سیلندر و تشدیدکننده   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 سیلیکون.. 72

فهرست جدول­ها

 

عنوان                                                                                                                                                                               صفحه

جدول ‏4‑1- ضرایب مدل آگدن NBR و سیلیکون.. 56

جدول ‏4‑2- ضرایب مدل الاستیک PA6، UHMWPE-glass و UHMWPE-ceramic. 56

 

 

چکیده

امروزه در صنایع مختلفی هم­چون صنایع هوا فضا، انرژی اتمی، صنایع شیمیایی، پالایشگاه­ها، صنایع پتروشیمی و … نیاز به استفاده از مکانیزم­هایی با فشار بالا می­باشد تا امکان انجام و تکمیل فرآیند­های مربوطه فراهم شود. افزایش فشار درون محفظه­ای سیلندری شکل انجام می­گیرد و در نتیجه چنین محوطه­ای باید در مقابل نفوذ سیال درون محفظه به بیرون آن، آب­بند باشد. با بالا رفتن فشار مشکلات فراوانی در زمینه­ نشست سیال پدید می­آید چرا که با پیشرفت فرآیند، اختلاف فشار بیرون و درون سیستم افزایش یافته و در نتیجه، تمایل سیال به نشست افزایش می­یابد. به گونه­ای که مخزن موجود مانند بمبی می­شود که کوچک­ترین اخلال در سیستم آب­بندی موجب نشت و حتی انفجار و خسارات جبران ناپذیری می­گردد. بنابراین برای انجام چنین فرآیندهایی (فرآیندهای فشار بالا)، آب­بندی ایمن از ضروری­ترین نیاز­هاست. این پژوهش به طراحی یک آب­بند فشار بالا بر اساس طرح بریجمن می­پردازد، به گونه­ای که با بهره گرفتن از فشار سیال و افزایش آن توسط مجموعه­ی آب­بند عملیات آب­بندی با اطمینان صورت گیرد. برای بررسی عملکرد آب­بند از شبیه­سازی به کمک نرم­افزار آباکوس استفاده شده است. رینگ­های مختلف آب­بندی بررسی می­گردد و در نهایت رینگی که بتواند علاوه بر ایجاد فشار کافی (فشاری بیش از فشار سیال)، توزیع یکنواخت­تری از فشار را داشته باشد (به منظور جلوگیری از آسیب آب­بند)، انتخاب می­گردد. در این پژوهش از PA6، UHMWPE-glass، UHMWPE-ceramic،  NBRو سیلیکون برای آب­بند فشار بالا استفاده شده است. PA6، UHMWPE-glass، UHMWPE-ceramic رفتار الاستو- پلاستیک و تابع زمان دارند. از این رو، برای شبیه­سازی آن­ها از مدل­های الاستیک و ویسکوالاستیک استفاده می­شود.  NBRو سیلیکون رفتار هایپرالاستیک و تابع زمان دارند و برای شبیه­سازی آن­ها از مدل­های هایپرالاستیک و ویسکو الاستیک استفاده می­شود.

کلمات کلیدی: آب­بندی، فشار بالا، بریجمن، پلیمر­ها، هایپرالاستیک

1-1  تاریخچه

لوندبرگ[1] در سال 1896 در سوئد اولین اختراع مربوط به او- رینگ را به ثبت رسانید. در سال 1937 کریستنسن[2] در آمریکا اختراعی را ثبت کرد که در آن برای بهبود آب­بندی در یک سیستم ترمز هیدرولیکی از رینگ­های لاستیکی استفاده کرده است. یک مقطع طولی از این سیستم در شکل ‏1‑1 نشان داده شده است. در شکل ‏1‑2 بزرگ­نمایی بخشی از شکل ‏1‑1 شامل او- رینگ لاستیکی مشاهده می­شود. این او- رینگ از لاستیک تراکم­پذیر با دانسیته­ی بالا ساخته شده است.

در ابتدا او- رینگ، به عنوان یک آب­بند ساده و مستحکم در سیستم­های هیدرولیکی، توسط صنعت هواپیمایی در طول جنگ جهانی دوم (19٤5-1939) به کار گرفته شد اما از سال 1950 استفاده از آن توسط خودرو­سازان و صنایع دیگر بسیار گسترش یافت [1]، [2].

 

شکل ‏1‑1- مقطع طولی از یک سیستم ترمز هیدرولیکی [2]

شکل ‏1‑2- بزرگ­نمایی بخشی از شکل ‏1‑1 شامل او- رینگ لاستیکی [2]

تاکنون نمونه­های زیادی از شبیه­سازی لاستیک به کمک اجزا محدود انجام شده، که در ادامه به چند مورد از آن­ها اشاره می­شود.

  1. در سال 2002 آنیس و همکاران یک نوع آب­بند لاستیکی Push-Button Diaphragm را مدل کردند [3].
  2. در سال 2009 جوان و همکاران مکانیزم آب­بندی یک نوع شیر را بهینه­سازی کردند. این آب­بند از جنس NBR است [٤].
  3. در سال 2009 لی و همکاران شکست یک لاستیک بوش مانند را که در اتومبیل به­کار می­رود، بررسی کردند [٥].
  4. در سال 2013 تاسورا و همکاران تغییر شکل یک آب­بند الاستومری از نوع lip را شبیه­سازی کردند [٦].
  5. در سال 2014 لیو و همکارانش عمر رینگ آب­بندی از جنس لاستیک سیلیکون را، که در موتور جت به کار می­رود، بررسی کردند [7].
  6. در سال 201٤ زویی و همکاران شکست آب­بند یک پمپ را شبیه­سازی کردند [8].

در همه­ی این موارد برای مدل کردن لاستیک از تابع مونی- ریولین استفاده شده که به غیر از مورد چهارم، پارامتر­های این تابع از داده­های آزمون کشش تک محوره به­دست آمده­اند. در مورد چهارم تاسورا وهمکارانش پارامتر­های متفاوتی را برای تابع مونی- ریولین در نظر گرفته و با بهره گرفتن از داده­های تجربی و روش کمترین مربعات بهترین پارامتر­ها را انتخاب کرده­اند.

آب­بند­ها یکی از مفید­ترین طرح­هایی هستند که تا کنون ساخته شده­اند و امروزه کاربرد بسیار گسترده­ای دارند. قطعاً بدون آن­ها بسیاری از محصولات نمی­توانستند به بازار راه پیدا کنند.

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

  1. می­تواند برای آب­بندی سیلندر­ها و پیستون­های استاتیکی تا فشار psi٥٠٠٠ به­کار رود (فشار می­تواند ثابت یا متغیر باشد).
  2. او- رینگ­ها برای سیلندر و پیستون­های رفت و برگشتی تا فشار psi5000 عملکرد رضایت بخشی دارند و ممکن است مقدار کمی نشتی (چند قطره در هر 100 حرکت) داشته باشند. برای سیستم­های دورانی هم عملکرد مشابهی دارند اما در همه­ی این موارد باید سرعت حرکت سطوح پایین نگه­داشته شود.
  3. یک او- رینگ را در شرایطی که فشار به صورت تناوبی به یک طرف او- رینگ و سپس به طرف دیگر آن اعمال می­شود، می­توان به­کار برد. در بارگذاری شدید یا موارد خاص دیگر برای افزایش طول عمر مجموعه­ی آب­بند می­توان مکانیزم را به صورتی طراحی کرد که به هر او- رینگ فقط در یک جهت فشار اعمال شود. گاهی برای اطمینان بیشتر به جای یک او- رینگ از چند ردیف او- رینگ استفاده می­شود. در این صورت قبل از آسیب، او- رینگ اول که در معرض فشار قرار دارد کل نیروی اعمالی را تحمل می­کند.
  4. اثرات تغییر دما از C°18+ تا C°121+ روی عملکرد او- رینگ­ها، به ماده­ی به­کار رفته برای آن­ها بستگی دارد. لاستیک مصنوعی می­تواند به صورت دائمی در معرض دمای بالا یا دمای پایین و برای مدت کوتاهی در معرض تغییرات دمایی گسترده قرار بگیرد. آب­بند­ها در دما­های خیلی پایین ممکن است شکننده شوند اما در صورت گرم شدن انعطاف­پذیری عادی خود را بدون ایجاد هیچ­گونه مشکلی دوباره به­دست می­آورند. اگر آب­بند­ها به مدت طولانی در معرض حرارت شدید قرار بگیرند، سختی آن­ها به صورت دائمی افزایش می­یابد و از بین می­روند. معمولاً ضریب انبساط حرارتی لاستیک مصنوعی به اندازه­ای کم است که تغییرات دمایی مشکلی برای طراحی ایجاد نمی­کند (این ویژگی­ها برای تمامی ترکیبات الاستومر­ی صادق نیست.).
  5. آب­بند­های او- رینگی به دلیل سادگی، استحکام بالا، قیمت ارزان و نصب آسان نسبت به سایر آب­بند­ها کاربرد بیشتری دارند.
  6. گرچه او- رینگ­ها کاربرد زیادی دارند اما برای همه­ی مسائل آب­بندی راه حل مناسبی نیستند. برای مثال در مواردی که:
  • سرعت دورانی بیش از min/ft1500 است.
  • محیط 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.

پشتیبانی سایت :        *       asa.goharii@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.

 

دسته‌ها: رشته مکانیک