دسته: مهندسی مکانیک

انرژي سيال

1-1-1- انرژي 

هيدروليك براي كاربردهايي مناسب است كه در آنها نيروهاي زياد، دقت حركتي بالا و حركت يكنواخت مورد نياز باشد. سيستمهاي هيدروليكي نوعاً با فشارهاي  500-5000 psi (35-350bar) كار مي كنند و قادرند هزاران پوند نيرو( چندين تن) ايجاد نمايند دو مزيت عمده انتقال انرژي از طريق سيال، قابليت افزايش نيرو و قابليت تغيير جهت سريع انتقال مي باشد.

قانون پاسكال اصل اساسي حاكم بر انرژي سيالات است اين قانون دربارة هيدروستاتيك يا انتقال نيرو از طريق يك مايع تحت فشار است در سيستمهاي هيدروستاتيك اغلب سيالات در حال حركت هستند، ولي فشار سيال است كه نيرو و انرژي را انتقال مي دهد، نه حركت سيال. سيستمهايي كه در آنها حركت سيال باعث انتقال نيرو مي شود، سيستمهاي هيدروديناميك نام دارند. در اين سيستمها، سرعت سيال يا انرژي جنبشي آن تبديل به انرژي مكانيكي ( معمولاً به فرم حركت دوراني) مي شود. در سيستمهاي هيدروديناميك سيال فشار قابل ملاحظه اي ندارد ( برعكس سيستمهاي هيدروستاتيك) مثال سيستم هيدروديناميك، توربين بخار است كه در آن با عبور بخار از بين پره هاي توربين با سرعت زياد، الكتريسيته توليد مي شود اغلب سيستمهاي هيدروليكي صنعتي، از سيال تحت فشار استفاده كرده و بنابراين جزو سيستمهاي هيدروستاتيك محسوب مي گردند.

1-2  انتقال نيرو و تغيير مقدار نيرو

يكي از ويژگيهاي كاربردي انرژي سيالات، قابليت تغيير ميزان نيرو به هنگام انتقال نيرو است كه به آساني قابل انجام مي باشد. چنين سيستمي در شكل 1-1 نشان داده شده است در اين شكل سطح پيستون ورودي برابر با in2 10 و سطح پيستون خروجي برابر با  in2   100 است. نيروي اعمالي بر پيستون ورودي 100lbs مي باشد. با توجه به سطح اين پيستون  كه  10 است, فشار ايجاد شده در سيال 10psi خواهد بود اين فشار درسيلندر خروجي نيز ايجاد مي شود كه بر پيستون خروجي اعمال مي گردد. در اثر اعمال فشار 10psi بر پيستوني با سطح in2 100 نيروي خروجي برابراست با:

با پيشرفت بشر وايجاد تکنولوژي جديد ،نياز انسان به توليد موادي که در دماهاي بالا خواص مکانيکي مناسبي از خود نشان مي دهند ،افزايش پيدا کرده است.براي پاسخگويي به اين نياز شناخت مکانيزم هايي که درشرايط دماي بالا اتفاق مي افتد لازم است.آزمايش خزش از جمله آزمايشاتي است که به خوبي مي تواند جوابگوي اين نياز باشد.

 محققان با بررسي در آلياژهاي آلومينيوم به نتايج جالبي در مورد اثر تنش آستانه اي رسيده اند .در اين پروژه سعي مي کنيم با تفکيک اثرات 7اين تنش برروي مواد مختلف نتيجه اي قابل لمس از مبحث مطروحه بدست آوريم . البته  مقالات در اين زمينه بسيار انگشت شمار وپيوستگي اين مقالات محدود هم کاري دشوار .

هدف اصلي از اين بررسي اثر بسيار مهم دما برتنش آستانه اي است که با توجه به اين موضوع اهميت بحث حاضر مشخص مي شود.

قبل از ورود به مبحث اصلي لازم است مروري بر فولادهاي ميکروآلياژي داشته باشيم .

1-1- فولادهاي كم آلياژي: 

فولادهاي كربني با يك يا چند عنصر كرم ، نيكل ، مس ، موليبدن ، فسفر واناديم، به مقادير چند درصد يا كمتر از فولاد كم آلياژي مي نامند. مقادير بالا از عناصر الياژي معمولاً براي خواص مكانيكي و سختي پذيري است . 

1-1-1- اثرات افزودني هاي ميکروآلياژ کننده : 

اين بخش بر روي فولادهاي پرليت – فريت ميکروآلياژ شده تاکيد کرده است ، که از افزودني هاي عناصر آلياژ کننده مثل نيوبيوم و واناديوم براي بالا بردن کربن و يا محتواهاي منگنز استفاده مي کند ( و به اين ترتيب توانايي حمل بار بالا مي رود ) بررسي هاي گسترده در طول دهه 1960 بر روي اثرات نيوبيوم و واناديوم روي خصوصيات مواد يا مصالح درجه ساختماني باعث کشف اين موضوع گرديد که مقادير کم نيوبيوم، واناديوم هر کدام (10/0% ) فولادهاي استاندارد کربن – منگنز را بدون تداخل با بعمل آوري بعدي مستحکم و قوي مي سازند مقدار کربن نيز مي تواند کم شود تا هم قابليت جوش را بالا ببرد و هم چقرمگي را ، چون اثرات مقاومت دهندگي نيوبيوم و واناديوم بخاطر کاهش در استحکام ناشي از کاهش در مقدار کربن جبران مي شوند . 

خصوصيات مکانيکي فولادهاي کم آلياژ داراي استحکام بالاي ميکرو آلياژ شده ، فقط در صورت افزايش عناصر ميکرو آلياژ کننده حاصل مي شوند . لازمه ي وجود آستنيت که به اثرات پيچيده طرح آلياژ و تکنيک هاي نورد کاري بستگي دارد ،  نيز يک فاکتور مهم در تصفيه دانه اي فولادهاي کم آلياژ داراي استحکام بالاي نورد گرم است . تصفيه دانه اي در صورت وجود آستنيت با روش هاي نورد کاري کنترل شده ، باعث چقرمگي بالا و استحکامهاي تسليم زياد در رنج 345 تا 620 مگا پاسکال(ksi 90 تا 50) مي شود.

اين توسعه فرآيندهاي نوردکاري کنترل شده همراه با طرح آلياژ، سطوح استحکام تسليم بالايي را توليد کرده است که با پايين آمدن تدريجي مقدار کربن توام مي باشد بسياري از فولادهاي کم آلياژ داراي استحکام بالا ميکروآلياژ شده اختصاصي ، مقادير کربن به كمي 60/0% و يا حتي كمتر دارند ، با اين حال هنوز مي توانند استحکام تسليم حدود 485 مگا پاسکال (ksi 70) را توسعه داده و ايجاد نمايند . استحکام تسليم بالا  ، با اثرات ترکيبي اندازه دانه ريز ايجاد شده و در طول نورد کاري گرم کنترل شده و استحکام دهندگي رسوب حاصل مي شود که اين خصوصيت ناشي از حضور واناديوم ، نيوبيوم و تيتانيوم است 

در نقطه کار مشخص شده توسط ارتفاع (H)   و آبدهی (Q)  ، قدرت پمپ با محدودیت های کمی ثابت مانده و تنها متغیر قابل دسترسی ، راندمان آن          می باشد .

اگر سرعت چرخشی N و قطر پروانه D  (نشان دهنده اندازه آن ) با شد آنگاه داریم : 

بنا بر این ماشینهای  تند ( سرعت چرخش بالا ) دارای اندازه کوچک و در نتیجه قیمت کمتری می باشند . اما در سرعتهای بالا خطر افزایش کاویتاسیون و جود دارد .

برای نشان دادن این مطلب ضریب کاویتاسیون را به شکل زیر تعریف                  می کنیم. 

فشار مایع : P  سرعت نسبی مایع : W

فشار بخار مایع : Pv  چگالی مایع :    

صورت این عبارت فشار موجود برایجلوگیری از کاویتاسیون و مخرج آن ارتفاع سرعت است که به طور مستقیم نشان دهنده احتمال کاویتاسیون         می باشد ، بنابر این نسبت مقدار جلوگیری کننده  از کاویتاسیون به مقدار تولید کننده کاویتاسیون می باشد  و بالعکس.

تعریف ضریب کاویتاسیون بالا می تواند با در نظر گرفتن سرعت محیطی (u)و سرعت نسبی (w) به صورت زیر اصلاح شود .

بنابر این یک ماشین تند کوچکتر و ارزانتر بوده ، اما دارای ریسک بالایی در کاویتاسیون می باشد و بنابر این به دلایل اقتصادی مقداری از کاویتاسیون در پمپ ها مطلوب می باشد . از نقطه نظر صنعت یک سازنده پمپ کاویتاسیونی پمپهایش را برای خریدار معین میکند . برای یک سری شرایط خاص مکش و نقطه کار ، پمپ برای کار رضایت بخش تضمین می شود و این تضمین به صورت گرافیکی به یک سری منحنی های مشخصه داده می شود  این منحنی ها دارای پایه تجربی در نتیجه آزمایشاتی  که به عمل می آیند هستند.

روشهای مطالعه تاثیرات کاویتاسیون در پمپ ها 

تاثیرات سوء کاویتاسیون قبلا’ بیان شد . کلا’ سه روش برای مطالعه کاویتاسیون وجود دارد که در  دو تای آنها از مشاهده غیر مستقیم و در یک روش ، از مشاهده مستقیم استفاده می شود .

1.روش مشاهده غیر مستقیم با اندازه گیری  اثر کاویتاسیون روی عملکرد یک پمپ به شکل افت بار یا افت راندمان .

2.روش مشاهده غیر مستقیم با اندازه گیری تولید  شده از کاویتاسیون از پمپ .

3.روش مشاهده غیر مستقیم با استفاده از عکسبرداری مرئی

غیر از شرایط  خاصی که قسمتهای شفاف روی قطعات نصب می شوند  و عکسبرداری مورد استفاده قرار می گیرد  مشاهده مستقیم عملا’ خیلی مشکل است . بنابراین توجه بیشتر در اینجا روی روش های غیر مستقیم با مثالهای مخصوص می باشد .

پرس هيدروليكي

2- انباره هيدروليكي

3- تقويت كننده هيدروليكي

4- چكش هيدروليكي

5- اسانسور هيدروليكي

6- جرثقيل هيدروليكي

7- اتصالات هيدروليكي

8- مبدل گشتاورهيدروليكي

موتورهاي هيدروليكي

A موتورهاي سيال يا سيالاتي

B- انواع سيلندرهاي سيالاتي

1- دوار

2- غير گردان

3- پلانگر

C- سينماتيك موتورهاي سيالاتي

D- مورتورهاي سيالاتي

E- موتورهاي دنده اي چرخشي

F- مورتورهاي پره اي چرخشي

G- موتورهاي پيستني چرخشي

منبع و سرچشمه جريان

پمپهاي هيدروليكي

« سيستم هاي سيالاتي » 

سيستم هاي سيالاتي وسايلي هستند كه نيرو را از مكاني به مكاني ديگر انتقال مي دهند  كه در اين انتقال از يك سيال كمك مي گيرند. اين سيال مي تواند يك مايع باشد 

(‌آب يا روغن) و يا مي توانيد يك گاز ( هوا ) تحت فشار باشد. 

بسياري از اين وسايل بر اساس قواعد استاتيك سيالات و سينماتيك سيالات پايه گذاري شده اند. در اين بخش ما بر روي پاره اي از اين سيستمها بحث مي‌نماييم: 

1- پرسهاي هيدروليكي The hydraulic press: 

پرسهاي هيدروليكي وسايلي هستند كه براي بالا بردن وزنه هاي سنگين با استفاده از نيروهاي كم به كار مي روند. اين پرسها بر اساس قانون پاسكال پايه گذاري شده اند كه بر اساس اين قانون، در سيال ساكن و يا در مواردي كه لايه‌هاي سيال نسبت به لايه‌هاي مجاور حركت نكنند، در هر نقطه فشار در تمام جهات يكسان است. 

پرس هيدروليكي متشكل از دو سيلندر با قطرهاي متفاوت مي باشد. يكي از اين سيلندرها داراي قطر بيشتري است و شامل يك چكش مي باشد در حالي كه سيلندر دومي داراي قطر كمتري است و شامل يك فرورونده است. دو سيلندر توسط يك لوله به هم متصل مي شوند. سيلندرها و لوله شامل يك مايع تحت فشار هستند كه به عنوان ناقل عمل مي نمايد. 

هنگامي كه نيروي كوچك F به فرورونده وارد مي شود و آن را به طرف پائين مي راند، يك فشاري در مايعي كه در معرض فرو رونده قرار دارد به وجود مي آيد. اين فشار به طور مساوي در تمامي جهات انتقال مي يابد و باعث مي شود كه چكش به سمت بالا حركت نمايد. 

هميشه وقتى سخن از اينشتين به ميان مى آيد، ذهن ها متوجه نظريه نسبيت و پيامدهاى انقلابى آن در فيزيك مى شود. اما كمتر كسى اين نكته را به خاطر مى آورد كه اينشتين همانطور كه در اولين انقلاب علمى قرن بيستم يعنى نظريه نسبيت سهيم بود، در انقلاب ديگر يعنى فيزيك كوانتومى نيز نقش بسزايى داشت. حتى جايزه نوبل هم به خاطر مقاله «اثر فوتوالكتريك» كه تاييدى بر كوانتومى بودن نور بود، به او اهدا شد. اما بازى سرنوشت آنگونه شكل گرفت كه يكى از بزرگترين حاميان مكانيك كوانتومى، منتقد تراز اول آن نيز باشد. اين مقاله نگاهى است به واكنش اينشتين نسبت به مكانيك كوانتومى و مباحثات او با فيزيكدانان بانى نظريه كوانتوم به ويژه نيلز بور. هدف توصيف اتفاقاتى است كه در تاريخ كوانتوم افتاده است و تنها در موارد ضرورى مسائل علمى ذكر شده است. 

كنگره سولوى 

همه چيز از كنگره سولوى شروع شد. بانى اين سرى كنگره ها، يك صنعتگر آلمانى به نام ارنست سولوى بود. او اولين كنگره بين المللى سولوى را كمى قبل از شروع جنگ جهانى اول، در شهر بروكسل برگزار كرد. قرار بر اين بود كه در اين كنفرانس ها حدود 30 نفر از فيزيكدانان برجسته دعوت شوند و بر روى موضوع از قبل تعيين شده اى، بحث و بررسى كنند. از سال 1911 تا 1927 پنج كنگره با اين روش برگزار شد و هر كدام به يكى از پيشرفت هاى فيزيك در آن سال ها اختصاص داشت. معروف ترين كنگره سولوى در سال 1927 و با موضوع فيزيك كوانتومى برگزار شد. در بين شركت كنندگان در اين كنفرانس 9 فيزيكدان نظرى حضور داشتند كه بعد ها همه آنها به خاطر سهم مهمى كه در شكل گيرى نظريه كوانتوم داشتند، برنده جايزه نوبل شدند. ماكس پلانك، نيلز بور، ورنر هايزنبرگ، اروين شرودينگر و… آلبرت اينشتين از جمله آن فيزيكدان ها بودند. اما اينشتين هنگام شركت در كنگره به خاطر نظريه نسبيت و همين طور دريافت جايزه نوبل به قدر كافى مشهور بود. به همين دليل نظر او براى ديگر فيزيكدان ها اهميت زيادى داشت. هنگام برگزارى پنجمين كنگره سولوى يكى، دو سال بود كه از ارائه فرمول بندى شسته رفته اى از مكانيك كوانتومى مى گذشت. ماكس بورن يك فرمول بندى آمارى از مكانيك كوانتومى منتشر كرده بود و هايزنبرگ هم اصل عدم قطعيت (uncertainty principle) خود را مطرح كرده بود. نيلز بور نيز براساس اين دستاوردها تعبير معرفت شناختى خود را از مكانيك كوانتومى پيشنهاد كرده بود كه در ضمن آن ايده مكمليت (complementarity) را نيز معرفى مى كرد. همه اين موارد دلايلى كافى بودند كه اينشتين در تمام طول كنفرانس با بور و هايزنبرگ به بحث بنشيند. 

مقدمه

امروز سيستم تهويه مطبوع جايگاه ويژه اي در خودرو دارد. سرنشينان خودرويي كه از سيستم تهويه مطبوع پيشرفته و مجهزي برخوردار است، احساس آرامش مي كنند و چه بسا در شرايط سخت رانندگي در جاده هاي طولاني، به دليل داستن اين سيستم، سختي هاي سفر را بر خود هموار سازند و آن را با خاطره اي خوش به پايان رسانند.

سيستم هاي تهويه مطبوع پس از سال ها سير تكاملي، به شكل امروزي خود رسيده اند. اين سيستم در ابتدا از سرنشينان خودرو در برابر تابش مستقيم نور خورشيد يا بادهاي شديد محافظت مي كرد. پس از مدتي، سيستم گرمايش براي غلبه بر سرما طراحي شد و بالاخره با ساخت كولر، هوايي مطبوع و خنك در اتاق خودرو فراهم آمد. با توجه به جايگاه مهم سيستم تهوية مطبوع، بهتر است با روش و اصول كاركدر آن بيشتر آشنا شويم تا در مراحل گسترده تر، به رفع عيوب اين سيستم بپردازيم و با استفادة صحيح از آن، بيشترين بهره را از سيستم تهويه مطبوع ببريم.

تهويه مطبوع در خودرو

تهويه مطبوع در اتومييل ها از نظر كار و طرح با هم شبيه هستند، ولي كارخانجات سازنده خودروها از اجزاء متفاوتي براي بكار انداختن و كنترل اجزاء در محدوده مشخصات خود استفاده مي كنند.

عمل سرماسازي (برودت) در سيستم كولر

عمل سرماسازي در سيستم كولر خودرو از گردش گاز 12-R (ماده سرماساز) در يك مدار بسته انجام مي گيرد. گاز 12-R به حالت بخار از طرف اواپراتور (تبخيركننده) بوسيله كمپرسور مكيده مي شود و پس از فشردن 14bar در كمپرسور و افزايش دما حدود 80 درجه سانتيگراد بطرف كندانسور (رادياتور كولر) رانده مي شود. در كندانسور گاز داغ و فشرده خنك مي شود با خنك شدن گاز تقريباً تبديل به مايع يعني تقطير مي گردد. و از آنجا به طرف رطوبت گير (رسيور) رطوبت و ناخالصي آن گرفته مي شود و به صورت مايع كامل بطرف اواپراتور حركت مي كند، قبل از ورود به اواپراتور با عبور از شيرانبساط بواسطه گشاد بودن مسير فشار آن بشدت كاهش و منبسط مي گردد و در اواپراتور به سرعت تبخير مي گردد. سرعت تبخير سرماي زيادي را ايجاد مي نمايد كه توسط فن كولر تهويه هواي تازه محيط يا هواي محيط اطاق خودرو از اطراف اواپراتور عبور داده مي شود به اين معني كه حرارت اطاق خودرو را جذب خود مي كند و ماده سرماساز بصورت بخار مجدداً بطرف كمپرسور مكيده مي شود. اين سيكل تا زماني كه كمپرسور كار مي كند ادامه دارد در اين سيستم كار كمپرسور توسط جريان برق كه از كلاچ كمپرسور عبور داده مي شود ايجاد ميدان مغناطيسي كلاچ با محور كمپرسور درگير شده و با نيروي موتور كه توسط تسمه به پولي كلاچ متصل مي باشد حركت مي نمايد. در حالتي كه اواپراتور زياد سرد مي شود توسط ترموستاتي كه به اواپراتور متصل مي باشد مسير گاز را در شيرانبساط مسدودتر مي نمايد تا از يخ زدن هواي اطراف اواپراتور جلوگيري نمايد.

پیشینه

موسیان در ۱۸۸۱ قوس کربنی را برای ذوب فلزات مورد استفاده قرار داد.

اسلاویانوف الکترودهای قابل مصرف را در جوشکاری به کار گرفت.

ژول در ۱۸۵۶ به فکر جوشکاری مقاومتی افتاد

لوشاتلیه در ۱۸۹۵ لوله اکسی استیلن را کشف و معرفی کرد.

الیهوتامسون آمریکائی از جوشکاری مقاومتی در سال ۷-۱۸۷۶ استفاده کرد.

در جریان جنگهای جهانی اول و دوم جوشکاری پیشرفت زیادی کرد. احتیاجات بشر به اتصالات مدرن – سبک – محکم و مقاوم در سالهای اخیر و مخصوصاً بیست سال اخیر سبب توسعه سریع این فن شده‌است.

فرایندهای جوشکاری

فرایندهای جوشکاری با قوس الکتریکی

جریان الکتریکی از جاری شدن الکترونها در یک مسیر هادی به وجود می‌آید. هرگاه در مسیر مذکور یک شکاف هوا(گاز)ایجاد شود جریان الکترونی و در نتیجه جریان الکتریکی قطع خواهد شد. چنانچه شکاف هوا باندازه کافی باریک بوده و اختلاف پتانسیل و شدت جریان بالا، گاز میان شکاف یونیزه شده و قوس الکتریکی برقرار می‌شود. از قوس الکتریکی به عنوان منبع حرارتی در جوشکاری استفاده می‌شود.روشهای جوشکاری با قوس الکتریکی عبارت‌اند از:

جوشکاری با الکترود دستی یا MAW 

جوشکاری زیر پودریSMAW 

جوشکاری با گاز محافظ یا GMAW یا MIG/MAG 

جوشکاری با گاز محافظ و الکترود تنگستنی یا GTAW یا TIG 

جوشکاری پلاسما 

فرایندهای جوشکاری مقاومتی

در جوشکاری مقاومتی برای ایجاد آمیزش از فشار و گرما هردو استفاده می‌شود.گرما به دلیل مقاومت الکتریکی قطعات کار و تماس آنها در فصل مشترک به وجود می‌آید. پس از رسیدن قطعه به دمای ذوب و خمیری فشار برای آمیخته دو قطعه بکار می‌رود.در این روش فلز کاملاً ذوب نمی‌شود. گرمای لازم از طریق عبور جریان برق از قطعات بدست می‌آید.روشهای جوشکاری مقاومتی عبارت‌اند از:

جوش نقطه‌ای 

درز جوشی 

جوش تکمه‌ای

رمودینامیک (به فرانسوی: Thermodynamique) یا گرمادینامیک شاخه‌ای از علوم طبیعی است که به بحث راجع به گرما و نسبت آن با انرژی و کار می‌پردازد. ترمودینامیک متغیرهای ماکروسکوپیک (همانند دما، انرژی داخلی، آنتروپی و فشار) را برای توصیف حالت مواد تعریف می‌کند و چگونگی ارتباط آن‌ها و قوانین حاکم بر آن‌ها را بیان می‌نماید. ترمودینامیک رفتار میانگینی از تعداد زیادی از ذرات میکروسکوپیک را بیان می‌کند. قوانین حاکم بر ترمودینامیک را از طریق مکانیک آماری نیز می‌توان بدست آورد و تحلیل کرد. به جنبش یک یا چند مولکول «ترمودینامیک» می گویند، پدر چهار قانون گفته میشود صفرم٬ اول٬ دوم و سوم قانون صفرم این است که اگر سیستم اول با سیستم سوم و سیستم دوم هم با سیستم سوم در تعادل است پس سیستم اول و سیستم دوم با یکدیگر در تعادل اند.

ترمودینامیک موضوع بخش گسترده‌ای از علم و مهندسی است – همانند: موتور، گذار فاز، واکنش‌های شیمیایی، پدیده‌های انتقال و حتی سیاه چالهها-. محاسبات ترمودینامیکی برای زمینه‌های فیزیک، شیمی، مهندسی نفت، مهندسی شیمی، مهندسی هوافضا، مهندسی مکانیک، زیست‌شناسی یاخته، مهندسی پزشکی، دانش مواد و حتی اقتصاد لازم است.