مطالعه مقايسه‌اي اثر افزودن دو نانوذره SiO2 و TiO2 در فرآيند جوشکاری لوله‌هاي گاز به روش SMAW با بكارگيري روش تجربي و مدلسازي توسط نرم‌افزار Abaqus
الموضوعات : نانومواد
1 - گروه فیزیک، دانشکده فنی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب، تهران، ایران.
الکلمات المفتاحية: جوشكاري, روش تجربي, لوله, مدلسازي, نانوذره.,
ملخص المقالة :
در اين تحقيق، اثرات افزوده شدن دو نانوذره SiO2 و TiO2 به فیلرهای جوشکاری در حین فرآيند جوشکاری قوس فلزی محافظ (SMAW) بر خواص مکانیکی محل اتصال و میزان مقاومت خمشی و کششی لوله‌های گاز جوشکاری شده به دو صورت تجربی و نيز مدلسازي عددي با استفاده از نرم‌افزار Abaqus بررسي شد. آزمون‌های تجربی مورد مطالعه در این تحقیق نيز شامل آزمون کشش تک محوری و خمش سه نقطه‌ای بود که این آزمون به ازای مقادیر مختلف نانوذره در طی فرآیند جوشکاری برای هر نمونه انجام شد. برای هر نانوذره سه سطح غلظتی شامل 1، 5/2 و 5% جرمی استفاده شد. به منظور بررسی اثر نوع نانوذره، غلظت‌شان و نيز اثرات متقابل‌شان بر بیشینه بار خمشی و همچنین بیشینه خمش نمونه، آزمون تجزیه واریانس انجام شد. جهت تعریف خواص ناحیه جوش و تعریف نانوذرات با غلظت‌‌های جرمی مختلف در فرآيند مدلسازی عددی از روش المان نمایندۀ حجم استفاده شد. پس از تعريف خواص نهايي المان نمايندۀ حجم (RVE)، از این خواص در تعریف خواص نهایی ناحیه جوش استفاده و فرآيند خمش و کشش در لولۀ گاز تعریف شد. نتایج این تحقیق به دو صورت نتایج تجربی و نتایج مدلسازی عددی به روش المان محدود ارائه و با يكديگر مقايسه شده است. بررسی نتایج نشان داد تأثیر نوع نانوذره بر بیشینۀ بار خمشي وارده بر لوله جوشکاری شده معنادار نبود اما اثر غلظت نانوذره معنادار شد كه بیشینه کرنش جانبی به ازای دو عامل غلظت و درصد نانوذره و کمینۀ کرنش جانبی نیز به ازای 5% جرمی نانوذره SiO2 مشاهده گردید. نتایج نشان داد که با افزوده شدن نانوذره به فیلر جوشکاری، میزان مقاومت خمشی نمونه‌های مدلسازی شده نیز افزایش مي‌يابد که این موضوع با نتایج بدست آمده از آزمون تجربی نيز مطابقت دارد ولي با افزایش بیش از 5/2 درصد نانوذره در فیلر، نتایج تجربی نشان داد که به دلیل کلوخه‌ای شدن نانوذرات در جوش و ایجاد فضاهای پوك، میزان مقاومت خمشی کاهش مي‌يابد اما در نتایج مدلسازي عددی چنین موردی مشاهده نشد و به ازای مقادیر بیش از 5% نانوذره در فیلر جوشکاری، میزان مقاومت خمشی دوباره افزایش یافت.
[1] H. Li, C. Zhang, C. Liu, M. Huang, Surface and Coatings Technology, 15, 2019, 158.
[2] K. Giridharan, P. Sevvel, R. Ramadoss, B. Stalin, Metallurgical Research & Technology, 119, 2022, 505.
[3] V.G. Lisienko, E.M. Shleimovich, Refractories and Industrial Ceramics, 54, 2013, 188.
[4] M. Poorghorban, M. Yousefieh, E. Borhani, Journal of Ultrafine Grained and Nanostructured Materials, 56, 2023, 50.
[5] C. Vimalraj, P. Kah, P. Layus, E.M. Belinga, S. Parshin, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 102, 2019, 105.
[6] S. Gaurav, R.S. Mishra, M. Zunaid, Journal of Adhesion Science and Technology, 37, 2023, 3125.
[7] M. Sabokrouh, B. Khoshsima, Journal of Solid and Fluid Mechanics, 8, 2018, 213.
[8] A. Kumar, L. Sharma, R. Chhibber, Ceramics International, 49, 2023, 17753.
[9] K.T. Sunny, N.N. Korra, Materials Today: Proceedings, 47, 2021 Jan 2, 4378.
[10] حسن شریفی، حسين رفیعی، حميد غيور، مهدي عليزاده، بررسی اثر کسر حجمی نانوذرات کاربید سیلیسم بر خواص مکانیکی و سطحی نانوکامپوزیت Al/SiCp تولید شده به روش متالورژی پودر، نانومواد، 7، 1394، 32-123.
[11] D. Stavrov, H.E. Bersee, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 36, 2005, 39.
[12] C. Vimalraj, P. Kah, P. Layus, E.M. Belinga, S. Parshin, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 102, 2019, 105.
[13] T. Toth, S. Krasnorutskyi, J. Hensel, K. Dilger, International Journal of Pressure Vessels and Piping, 191, 2021, 104354.
[14] D. Oropeza, D.C. Hofmann, K. Williams, S. Firdosy, P. Bordeenithikasem, M. Sokoluk, M. Liese, J. Liu, X. Li, Journal of Alloys and Compounds, 834, 2020, 154987.
[15] V.B. Rajeswari, S.S. Paramashivan, S. Mohan, S.K. Albert, High Temperature Materials and Processes, 39, 2020, 117.
[16] M. Kianezhad, A. Honarbakhsh Raouf, Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy, 120, 2020, 277.
[17] M. Fattahi, N. Nabhani, M. Hosseini, N. Arabian, E. Rahimi, Micron, 45, 2013, 107.
[18] A. Shafiei-Zarghani, S. Kashani-Bozorg, A. Zarei-Hanzaki, Materials Science and Engineering: A, 500, 2009, 84.
[19] V.G. Lisienko, E.M. Shleimovich, Refractories and Industrial Ceramics, 54, 2013, 188.
[20] امين عبداله‌زاده، علي شكوه‌فر، حميد امیدوار، محمدعلي صفرخانیان، محمدرضا نادري، بررسی تاثیر افزودن نانوذرات کاربید سیلیسیم بر خواص مکانیکی آلیاژ منیزیم AZ31 جوشکاری شده به روش اصطکاکی اغتشاشی، فرآيندهای نوین در مهندسی مواد، 4، 1395، 71-55.
[21] R.R. Baridula, R.V. Ramaraju, A.B. Ibrahim, M.F. Ku, Transactions of the Indian Institute of Metals, 70, 2017, 1005.
[22] M. Fattahi, M. Mohammady, N. Sajjadi, M. Honarmand, Y. Fattahi, S. Akhavan, Journal of Materials Processing Technology, 217, 2015, 21.
[23] M. Kianezhad, A. Honarbakhsh Raouf, Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy, 120, 2020, 277.
[24] S.A. Shirazi, Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference (IEEE), 2012, 1.
[25] A. Shafiei-Zarghani, S.F. Kashani-Bozorg, A. Zarei-Hanzaki, Materials Science and Engineering: A, 500, 2009, 84.
[26] S. Ahmadifard, A. Heidarpour, S. Kazemi, Modares Mechanical Engineering, 18, 2018, 219.
[27] T. Coetsee, F.J. De Bruin, Chemical Thermodynamics and Thermal Analysis, 17, 2025, 100160.
[28] R.R. Baridula, R.V. Ramaraju, A.B. Ibrahim, M.F Ku, Transactions of the Indian Institute of Metals, 70, 2017, 1005.
[29] C. Vimalraj, P. Kah, P. Layus, E.M. Belinga, S.M. Parshin, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 102, 2019, 105.
[30] A. Sabik, W. Witkowski, Journal of Biomechanics, 157, 2023, 111736.
[31] H. Balineni, D.C. Jagarapu, A. Eluru, Materials Today: Proceedings, 33, 2020 Jan 1, 287.
[32] Y.M. Mater, A.M. El Shahat, S.S. AbdelSalam, Materials Today: Proceedings, 2023 Jul 5.
[33] A. Gupta, J. Singh, R. Chhibber, Silicon, 15, 2023, 3463.
[34] W.N. Khan, R. Chhibber, Journal of Pressure Vessel Technology, 142, 2020, 031505.
[35] A. Kumar, R. Chhibber, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 2024, 09544054241256273.
[36] X. Wang, J.P. Dempsey, Engineering Fracture Mechanics, 276, 2022, 108881.
[37] W. Yuan, J. Zhu, N. Wang, W. Zhang, Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 15, 2023, 1859.
[38] L. Cheng, G.J. Wagner, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 390, 2022, 114507.
[39] U.B. Asim, M.A. Siddiq, M.E. Kartal, Computational Materials Science, 161, 2019, 346.
[40] C. Leuther, J. Wilmers, S. Bargmann, Software Impacts, 26, 2023, 100534.
[41] H. Singh, Mechanics of Materials, 184, 104748.
[42] A. Gupta, J. Singh, R. Chhibber, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering, 239, 2025, 167.
[43] W. Bai, Z. Gong, Y. Li, J. Liu, Composites Science and Technology, 234, 2023, 109946.
[44] D. Morin, L.E. Dæhli, J. Faleskog, O.S. Hopperstad, European Journal of Mechanics-A/Solids, 16, 2023, 105051.
