شبيه‌سازي فيزيكي و اجزاي محدود فرآيند اكستروژن آجر

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

اكستروژن يكي از فرآيندهاي توليد است كه در آن ماده به داخل يك محفظه فرستاده مي¬شود و تحت فشار قرار مي¬گيرد. در خروجي محفظه يك قالب با شكل مورد نظر قرار داده مي¬شود. ماده فشرده شده از قالب خارج مي¬شود و شكل مقطع قالب را به خود مي¬گيرد. بدين ترتيب، يك شمش ممتد، با مقطع يكسان به دست خواهد آمد. اين فرآيند براي بسياري از موارد از جمله فلزات، پليمرها، سراميك¬ها و آجر مورد استفاده قرار مي¬گيرد. از مزاياي اكستروژن مي¬توان به سرعت بسيار بالاي توليد، خواص مكانيكي مناسب محصول، هزينه پايين و توليد اشكال با مقاطع متنوع اشاره كرد. با اين حال، محدوديت مهم اين روش اين است كه سطح مقطع قطعه اكسترود شده بايد در تمام طول آن يكنواخت باشد. اگر فرآيند اكستروژن به درستي طراحي نشود، محصول اين فرآيند ممكن است شامل عيوبي از جمله ترك‌هاي سطحي، ترك‌هاي داخلي، خطوط سطحي و عدم مستقيم بودن باشد. از مهمترين عيوب اكستروژن آجر مي¬توان به پارگي لبه‌هاي سطحي، لايه لايه شدن، جهت‌يابي ترجيهي ذرات و جدايش دانه¬ها اشاره كرد. با اصلاح مواد اوليه از جمله اندازه ذرات و درصد رطوبت مي¬توان برخي از اين مشكلات را حل كرد. اما برخي عيوب به دليل طراحي نامناسب محفظه و قالب به وجود مي¬آيد. به طور كلي، يكي از مهمترين عواملي كه باعث ايجاد عيب در محصول اكستروژن مي¬شود، عدم يكنواختي سرعت در خروجي قالب است. از موارد مهم ديگر ايجاد فشار نامناسب داخل محفظه قالب مي‌باشد. فشار كم يا زياد نيز مي¬تواند باعث بروز عيب در محصول نهايي گردد. كنترل اصطكاك نيز از مسائل بسيار مهم در اكستروژن است. با توجه به تعدد پارامترهاي ذكر شده، كنترل اين فرآيند پيچيده است و طراحي آن اصولا كار ساده¬اي نيست. با بررسي‌هاي انجام شده در اين تحقيق سعي شده است كه مدل هرشل-بالكلي به عنوان مدل ماده براي شبيه‌سازي اين فرآيند انتخاب شود و سپس با استفاده از الگوريتم‌هاي بهينه‌سازي(الگوريتم ژنتيك) و پارامتر‌هاي موثر بر روي خروجي محصول، بهترين زاويه قالب براي يكسان سازي سرعت خروجي ذرات گل بدست مي‌آيد. مشاهده شده است كه با بهينه‌سازي زاويه قالب يكسان‌سازي سرعت خروجي ذرات گل تا 60 درصد نسبت به قالب‌هاي غير بهينه بهبود يافته است. در نهايت براي اطمينان از نتايج شبيه‌سازي عددي، شبيه‌سازي فيزيكي انجام شده است. نتايج حاصل شده در شبيه سازي فيزيكي با شبيه‌سازي و بهينه‌سازي انجام شده مطابقت دارد.

230990

طراحي كاربردي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان