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- رابطه­ 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 اندازه ­گیری 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- جا به ­جایی سیلندر تحت فشار سیال.. 58
شکل ‏5‑3- تغییر شکل سیلندر تحت فشار.. 59
 
شکل ‏5‑4- جا به ­جایی 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 می ­پردازد، 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 شده ­اند 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. می ­تواند برای آب­بندی سیلندر­ها و پیستون­های استاتیکی تا فشار psi٥٠٠٠ به­کار رود (فشار می ­تواند 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 می­ کند.

  4. اثرات تغییر دما از C°18+ تا C°121+ روی عملکرد او- رینگ­ها، به ماده­ی به­کار رفته برای آن­ها بستگی دارد. لاستیک مصنوعی می ­تواند 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 :        ****       [email protected]


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