دانلود پایان نامه ارشد: طراحی آب­بند فشار بالا

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

 

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.. یازده

فهرست جدول­ها.. چهارده

چکیده.. 1

فصل اول: مقدمه                                                                                                                                                    

1-1 تاریخچه.. 2

فصل دوم: انواع رینگ­های آب­بندی                                                                                                                                                     

2-1 مقدمه.. ۶

2-2 آب­بندهای او- رینگی.. 7

2-3 آب­بندهای یو- رینگی.. 12

2-۴ آب­بندهای وی- رینگی.. 12

2-۵ آب­بندهای سی- رینگی.. ١۴

2-۶ آب­بندهای بر اساس طرح بریجمن.. ١۵

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

۴-1 مقدمه.. ۴١

۴-2 انتخاب جنس آب­بند.. ۴١

۴-2-1 پلی­آمید­ها (نایلون). 42

۴-2-2 پلی­اتیلن. 42

۴-2-3 NBR.. 43

۴-2-۴ سیلیکون. 44

۴-3 انجام آزمون.. ۴۴

۴-3-1 آزمون کشش تک محوره. 44

۴-3-2 آزمون فشار تک محوره. 48

۴-3-3 آزمون رهایی از تنش. 50

۴-3-۴ آزمون سختی. 53

۴-۴ مدل­های ساختاری.. ۵۴

۴-۴-1 شبیه­سازی رفتار NBR و سیلیکون. 55

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

فصل پنجم: ارائه و تحلیل نتایج

۵-1 مقدمه   ۵٧

 

۵-2 انبساط سیلندر و انقباض پیستون.. ۵٨

۵-3 شکل آب­بند.. ۶٠

۵-۴ فشار آب­بندی.. ۶٩

فصل ششم: نتیجه­گیری و پیشنهاد

۶-1 نتیجه­گیری.. 73

۶-2 پیشنهاد.. ٧۴

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 استفاده 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 زمینه­ی 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 استفاده 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 (19۴5-1939) 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 [۴].
  3. در سال 2009 لی و همکاران شکست یک لاستیک بوش مانند را که در اتومبیل به­کار می­رود، بررسی کردند [۵].
  4. در سال 2013 تاسورا و همکاران تغییر شکل یک آب­بند الاستومری از نوع lip را شبیه­سازی کردند [۶].
  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 201۴ 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 استفاده 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 psi۵٠٠٠ 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 : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

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

پشتیبانی سایت :        09199970560        info@arshadha.ir

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.

شماره کارت :  6037997263131360 بانک ملی به نام محمد علی رودسرابی

11

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید