جلسه دفاع از رساله دکتری (خانم سحر قطره سامانی)
موضوع: مدلسازی و پیشبینی خواص تریبولوژیکی تماس سطوح در دوره‌گذار
ارائه‌دهنده:سحر قطره‌سامانی
استاد راهنما:دکتر صالح اکبرزاده
اساتید مشاور:دکتر مایکل خوانساری، دکتر فخرالدین اشرفی‌زاده
اساتید داور:دکتر محمدرضا فروزان، دکتر محسن اصفهانیان، دکتر مسعود عطاپور، دکتر بهروز موحدی
نماینده تحصیلات تکمیلی دانشکده: دکتر جمشید پرویزیان
ناظر تحصیلات تکمیلی دانشگاه: دکتر مصطفی ترکش اصفهانی
چکیده:
خواص تریبولوژیکی که شامل سایش، اصطکاک، و روانکار است از جمله خصوصیات بسیار مهم مواد برای سطح قطعات در حال تماس به‌شمار می‌روند. به‌گونه‌ای که مهار و کنترل پدیده‌های اصطکاک و سایش می‌تواند تا حد زیادی در کارایی مواد و ابزارها اثر بگذارد. کارهای تجربی زیادی در مورد اصطکاک و سایش در تماس سطوح در حالت خشک، روانکاری، و پوششدار انجام گرفته است. اما تمرکز این تحقیق ارائه یک مدل نظری جامع و قابل اعتماد می‌باشد، که با كم‌ترين استفاده از نتایج تجربی بتواند ضریب اصطکاک و سایش را در دوره‌گذار، دورهای که نرخ سایش و ضریب اصطکاک تغییر میکند، پیشبینی کند. از این‌رو در تحقیق حاضر سعی شده است برنامه‌ای برای پیشبینی ضریب اصطکاک و سایش در شرایط تماس با در نظر گرفتن تغییرات مرحله‌ای زبری سطح و همچنین تشکیل ذرات سایشی حین دوران‌گذار سایش با کمک نرمافزار متلب نوشته شود. بنابراین ابتدا خواص مکانیکی ماده و زبري سطح جسم اندازه‌گيري و به‌عنوان ورودی وارد برنامه شده است. سپس تنش و ضریب اصطکاک از لغزش بین زبری‌ها برای شعاع‌های مختلف تماسی هر زبری در هر مرحله از تماس پیشبینی شده است. در ادامه با تعیین طول مشخصه، تغییرات پروفیل زبری و تشکیل ذره سایشی در هر مرحله و سپس با استفاده از مدل مکانیک آسیب پیوسته ضریب سایش پیشبینی شده است. با استفاده از معادلات تنش زیرسطحی برای تماس کروی، موقعیت و مقدار حداکثر تنش زیرسطحی در دوره‌گذار به‌صورت سه بعدی نیز پیشبینی شده است. نتایج نشان دهنده همبستگی بین عمق حداکثر تنش زیرسطحی به‌دست آمده از نتایج پیشبینی شده و اندازه ذرات سایش تجربی است. برای اعتباربخشی مدل ارائه شده آزمایش‌هایی برای دوره‌گذار در تماس خشک و روانکاری شده طراحی شده است و توسط دستگاه پین روی دیسک برای چند نمونه از جنس ST37 و CK45 و پارامترهای متغیر پروفیل زبری سطح، سرعت، و نیرو انجام گرفته است. نتایج نظری و تجربی در حالت لغزش خشک و روانکاری شده نشان داده که ضریب سایش با افزایش ضریب اصطکاک در دوره‌گذار افزایش یافته و سپس به حد پایدار رسیده است. نتایج به‌دست آمده از اندازه‌گیری ضریب اصطکاک با یافته‌های حاصله از روش‌های عددی هم‌خوانی بسیار خوبی دارد و می‌تواند اطمینان بیشتری درباره دیگر یافته‌های مدلسازی که امکان اندازه‌گیری آن‌ها نبوده است، ببخشد. همچنین نمودار خروجی شبیه‌سازی تغییرات پروفیل زبری سطح و ذرات سایشی تشکیل شده در هر مرحله استخراج شده است. نتایج شبیه‌سازی از تأثیر قابل ملاحظه تغییرات پروفیل زبری سطح روی پارامترهای تریبولوژیکی مسأله مانند اصطکاک و سایش حکایت دارد. در این تحقیق از مدلسازی کوتاه شدن زبری بر اثر برخورد الاستوپلاستیک و پلاستیک با یکدیگر در دوران‌گذار سایش مشخص شده که منظور نکردن این اتفاقات ممکن است انحرافی قابل ملاحظه در نتایج ضریب اصطکاک و ضریب سایش ایجاد کند. تصاویر SEM از ذرات سایش نشان داده که اندازه ذرات سایش به‌طور مستقیم با بار اعمال شده، سرعت اعمال شده، و زبری سطح اولیه ارتباط دارد. همچنین در این تحقیق پیشبینی ضریب سایش با روش مکانیک آسیب پیوسته برای بارگذاری ترکیبی و متغیر نیز بررسی شده است که درصد خطای بین مدل و نتایج تجربی 1/0-2/1 درصد بوده است. در مجموع از نتایجی که به‌دست آمده می‌توان در سیستم‌های سایش و پیشبینی سایش در انواع قطعات تحت سایش و تخمین عمر قطعات استفاده کرد.