مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی استحکام بین لایه ای مفتول دولایه فولاد-فولادضدزنگ

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
1 گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، موسسه آموزش عالی هرمزان، بیرجند، ایران
2 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران
چکیده
مفتول‌های دو یا چندلایه به‌دلیل داشتن خواص مکانیکی، فیزیکی، حرارتی، الکتریکی و ارتعاشی امروزه کاربردهای خاصی را در صنعت یافته‌اند. مفتول‌های دولایه که از لایه‌های فلزی با دو جنس مختلف تشکیل شده‌اند برای بهره‌مندی همزمان از خواص مطلوب چند فلز مانند استحکام زیاد، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر سایش، بهبود توزیع تنش در مقطع یک ماده، طی سال‌های اخیر مورد توجه تولیدکنندگان قرار گرفته‌اند. در این پژوهش، آزمایش کشش تک‌محوری روی مفتول فولادی و لوله فولاد ضدزنگ انجام شد تا خواص مکانیکی مربوط به هر نمونه به دست آید. برای ساخت مفتول، دوزه‌هایی آماده شدند. سپس دو نمونه مفتول با عبور از دوزه‌ها توسط روش سوئیج با نسبت کاهش سطح مقطع ۹/۷۵% و ۲۱% ساخته شدند. نمونه‌ها پس از تولید توسط دستگاه وایرکات برش داده شدند. برای انجام آزمایش استحکام بین لایه‌ای قالب‌هایی براساس طرح پولک‌رانی طراحی شدند. نتایج آزمایش برای کالیبره‌کردن پارامترهای المان چسبنده در نرم‌افزار مورد استفاده قرار گرفتند. شبیه‌سازی با استفاده از نرم‌افزار انسیس ۱۷.۰ انجام شد. سپس نتایج آن با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شد. اثرات کاهش سطح مقطع، قطر داخلی، طول نمونه و ضخامت پوسته مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمایشگاهی با نتایج شبیه‌سازی تطابق خوبی داشت. با افزایش نسبت کاهش سطح مقطع، نیروی لازم برای جدایش دو لایه افزایش یافته و در نتیجه استحکام چسبندگی بین لایه‌ای افزایش یافته است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Investigation of Bonding Strength of Steel/Stainless Steel Bimetallic Rod

نویسندگان English

E. Shahbeiki 1
F. Fatehi Sichani 2
S. Rahnama 2
1 Civil Engineering Department, Engineering Faculty, Hormozan Higher Education Institute of Birjand, Birjand, Iran
2 Mechanical Engineering Department, Engineering Faculty, University of Birjand, Birjand, Iran
چکیده English

Nowadays, due to mechanical, physical, thermal, electrical, and vibration properties, metallic multilayer rods have specific applications in industry. Bimetallic rods made from layers with two different materials have been considered by manufacturers in recent years for simultaneous use of the properties of several materials in a single work piece, such as high strength, corrosion resistance, wear resistance, and improved stress distribution. In this research, the tensile test was performed on steel wire and stainless steel pipes to obtain the stress-strain curve of each sample. Wire drawing dies have been used to make bimetallic rods. Then, two samples of the bimetallic rod were made by swaging with the reduction ratio of 9.75% and 21%. Samples were cut by wire cut machine after production. For interlayer strength testing, dies were designed based on the punch method. The test results were used to calibrate the parameters of the adhesive element in the software. The simulation was performed, using Ansys 17.0 software. Then the results were compared with experimental results. The effects of reduction ratio, internal diameter, sample length, and clad thickness were investigated. The experimental results were in good agreement with the simulation results. By increasing the reduction ratio, the force required for the separation of the two layers has increased, resulting in increased bonding strength between layers.

کلیدواژه‌ها English

Bimetallic Rod
Interlayer Bonding Strength
experimental test
Numerical simulation
Cohesive Zone Element
Ashby MF, Bréchet YJM. Designing hybrid materials. Acta Materialia. 2003;51(19):5801-5821. [Link] [DOI:10.1016/S1359-6454(03)00441-5]
Ashby MF, Bréchet YJM, Cebon D, Salvo L. Selection strategies for materials and processes. Materials & Design. 2004;25(1):51-67. [Link] [DOI:10.1016/S0261-3069(03)00159-6]
Han SH. Influence of diffusion coefficient on chloride ion penetration of concrete structure. Construction and Building Materials. 2007;21(2):370-378. [Link] [DOI:10.1016/j.conbuildmat.2005.08.011]
Gedge G. Structural uses of stainless steel — buildings and civil engineering. Journal of Constructional Steel Research. 2008;64(11):1194-1198. [Link] [DOI:10.1016/j.jcsr.2008.05.006]
Kim IK, Hong SI. Effect of heat treatment on the bending behavior of tri-layered Cu/Al/Cu composite plates. Materials & Design. 2013;47:590-598. [Link] [DOI:10.1016/j.matdes.2012.12.070]
Dhib Z, Guermazi N, Ktari A, Gasperini M, Haddar N. Mechanical bonding properties and interfacial morphologies of austenitic stainless steel clad plates. Materials Science and Engineering A. 2017;696:374-386. [Link] [DOI:10.1016/j.msea.2017.04.080]
Manikandan P, Hokamoto K, Deribas AA, Raghukandan K, Tomoshige R. Explosive welding of titanium/stainless steel by controlling energetic conditions. Materials Transactions. 2006;47(8):2049-2055. [Link] [DOI:10.2320/matertrans.47.2049]
Pérez-Quiroz JT, Terán J, Herrera MJ, Martínez M, Genescá J. Assessment of stainless steel reinforcement for concrete structures rehabilitation. Journal of Constructional Steel Research. 2008;64(11):1317-1324. [Link] [DOI:10.1016/j.jcsr.2008.07.024]
Hosseini M, Danesh Manesh H. Bond strength optimization of Ti/Cu/Ti clad composites produced by roll-bonding. Materials & Design. 2015;81:122-132. [Link] [DOI:10.1016/j.matdes.2015.05.010]
Jang J, Sung M, Han S, Yu WR. Prediction of delamination of steel-polymer composites using cohesive zone model and peeling tests. Composite Structures. 2017;160:118-127. [Link] [DOI:10.1016/j.compstruct.2016.10.025]
Soltanali Nejad M, Haerian Ardakani A. Investigation of joint quality of aluminium-1350 ans Stw22 steel strips by warm rolling. 11st Congress of Iranian Metallurgical Engineering Society, Isfahan. Isfahan: Esfahan Steel Company; 2007. [Persian] [Link]
Danesh Manesh H, Shahabi HS. Effective parameters on bonding strength of roll bonded Al/St/Al multilayer strips. Journal of Alloys and Compounds. 2009;476(1-2):292-299. [Link] [DOI:10.1016/j.jallcom.2008.08.081]
Sapanathan T, Ibrahim R, Khoddam S, Zahiri SH. Shear blanking test of a mechanically bonded aluminum/copper composite using experimental and numerical methods. Materials Science and Engineering A. 2015;623:153-164. [Link] [DOI:10.1016/j.msea.2014.11.045]
ASM International, editor. Atlas of stress-strain curves. Russell Township: ASM International; 2002. pp. 67-92. [Link]
Rasmussen KJR. Full-range stress-strain curves for stainless steel alloys. Journal of Constructional Steel Research. 2003;59(1):47-61. [Link] [DOI:10.1016/S0143-974X(02)00018-4]
Kocich R, Macháčková A, Kunčická L, Fojtík F. Fabrication and characterization of cold-swaged multilayered Al-Cu clad composites. Materials & Design. 2015;71:36-47. [Link] [DOI:10.1016/j.matdes.2015.01.008]
Alfano G, Crisfield MA. Finite element interface models for the delamination analysis of laminated composites: Mechanical and computational issues. International Journal for Numerical Methods in Engineering. 2001;50(7):1701-1736. [Link] [DOI:10.1002/nme.93]
ANSYS. ANSYS documentation [Internet]. Ontario: Sharcnet; 2017 [Cited 2018 March 15]. Available From: https://www.sharcnet.ca/Software/Ansys/17.0/en-us/help/ans_thry/thy_mat11.html [Link]