مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بهینه سازی پارامترهای سوراخکاری کامپوزیت های فیبر کربنی با استفاده از تابع مطلوبیت مبتنی بر RSM

نویسندگان
وحید طهماسبی
سپهر آئینه بندی
رسول احدی
دانشگاه صنعتی اراک، اراک
10.22034/mme.23.10.237
چکیده
این مقاله به سوراخکاری کامپوزیت پلیمری تقویت‌شده با فیبر کربن (CFRP) پر شده با نانولوله کربنی (CNT) با استفاده از تابع مطلوبیت مبتنی بر روش سطح پاسخ (RSM) می‌پردازد. در سوراخکاری کامپوزیت های CFRP زمینه فلزی هیبریدی، نیروی پیشروی اضافی و ارتفاع پلیسه باعث کاهش عملکرد کامپوزیت می شود. بنابراین، برای بهبود عملکرد کامپوزیت زمینه فلزی هیبریدی، نیروی پیشروی و ارتفاع پلیسه کامپوزیت به حداقل می رسد. از این رو، نیروی پیشروی و ارتفاع پلیسه عواملی هستند که در تحقیق حاضر در نظر گرفته می‌شوند و پاسخ‌های اصلی هستند که با استفاده از تابع مطلوبیت مبتنی بر RSM به حداقل می‌رسند. چهار عامل ورودی مهم مانند سرعت سوراخکاری، نرخ پیشروی، درصد CNT و زاویه مارپیچ مته برای تجزیه و تحلیل عملکرد فرآیند سوراخکاری در نظر گرفته شده است. نتایج نشان داد که نرخ پیشروی پارامتر بسیار تأثیرگذاری است که بر نیروی پیشروی و ارتفاع پلیسه در کامپوزیت های زمینه فلزی هیبریدی تأثیر می گذارد. در حین عملیات سوراخکاری، به دلیل مالش متقابل ذرات ساینده CNT باعث آسیب های سطحی گسترده مانند سوراخ ها، ترک ها و بیرون آمدن الیاف می شود. نتایج ANOVA نشان می‌دهد که داده‌های تجربی در فاصله اطمینان 95 درصد به خوبی همبستگی دارند و این تکنیک می‌تواند برای پیش‌بینی پارامترهای سوراخکاری کامپوزیت ماتریس فلزی CFRP بسیار مفید و قابل اعتماد باشد.
کلیدواژه‌ها
کامپوزیت پلیمری
فیبر کربن
نانولوله کربنی و ....

عنوان مقاله English

Optimization of Drilling Parameters of Carbon Fiber Composites using RSM-Based Utility Function

نویسندگان English

Vahid Tahmasbi
Sepehr Aeinehbandi
Rasoul Ahadi
چکیده English

This paper deals with drilling of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composite filled with carbon nanotube (CNT) using response surface method (RSM) based utility function. In the drilling of CFRP composites with a hybrid metal base, the additional advance force and pleat height reduce the performance of the composite. Therefore, to improve the performance of the hybrid metal matrix composite, the advancing force and the pleat height of the composite are minimized. Hence, the advancing force and pleat height are the factors considered in the present research and are the main responses that are minimized using the RSM-based utility function. Four important input factors such as drilling speed, feed rate, CNT percentage and drill helix angle are considered to analyze the performance of the drilling process. The results showed that the advance rate is a very influential parameter that affects the advance force and pleat height in hybrid metal matrix composites. During the drilling operation, due to the mutual rubbing of the CNT abrasive particles, it causes extensive surface damage such as holes, cracks, and fibers coming out. The ANOVA results show that the experimental data are well correlated at the 95% confidence interval, and this technique can be very useful and reliable for predicting drilling parameters of CFRP metal matrix composites.

کلیدواژه‌ها English

Carbon Fiber
Composit
Carbon nanotube
1. Xu B, Du Y, Wang P, Yan L, Sun B, Du B, Cheng Y, Hong C. Microstructure, surface emissivity and ablation resistance of multilayer coating for lightweight and porous carbon–bonded carbon fiber composites. Journal of Alloys and Compounds. 2016 Nov 15;685:799-805.
2. Carvalho O, Buciumeanu M, Soares D, Silva FS, Miranda G. Evaluation of CNT dispersion methodology effect on mechanical properties of an AlSi composite. Journal of Materials Engineering and Performance. 2015 Jun;24:2535-45.
3. Ma Y, Ueda M, Yokozeki T, Sugahara T, Yang Y, Hamada H. A comparative study of the mechanical properties and failure behavior of carbon fiber/epoxy and carbon fiber/polyamide 6 unidirectional composites. Composite Structures. 2017 Jan 15;160:89-99.
4. Jiang B, Zhang T, Zhao L, Huang Y. Interfacially reinforced carbon fiber composites by grafting modified methylsilicone resin. Composites Science and Technology. 2017 Mar 1;140:39-45.
5. Gopalakrishnan S, Murugan N. Prediction of tensile strength of friction stir welded aluminium matrix TiCp particulate reinforced composite. Materials & Design. 2011 Jan 1;32(1):462-7.
6. Rajakumar S, Balasubramanian V. Multi-response optimization of friction-stir-welded AA1100 aluminum alloy joints. Journal of Materials Engineering and Performance. 2012 Jun;21:809-22.
7. Rajakumar S, Balasubramanian V. Diffusion bonding of titanium and AA 7075 aluminum alloy dissimilar joints—process modeling and optimization using desirability approach. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2016 Sep;86:1095-112.
8. Vijayan D, Rao VS. Friction stir welding of age-hardenable aluminum alloys: a parametric approach using RSM based GRA coupled with PCA. Journal of The Institution of Engineers (India): Series C. 2014 Apr;95:127-41.
9. Vijayan VS, Rao VS. Tensile properties improvement on friction stir welded age-hardenable aluminum alloys: an evolutionary approach using RSM based GA and SA. Revista Tecnica De La Facultad De Ingenieria Universidad Del Zulia. 2016:55-.
10. Vijayan D, Seshagiri Rao V. Parametric optimization of friction stir welding process of age hardenable aluminum alloys− ANFIS modeling.Journal of Central South University. 2016 Aug;23:1847-57.
11. MM IW, Azmi AI, Lee CC, Mansor AF. Kerf taper and delamination damage minimization of FRP hybrid composites under abrasive water-jet machining. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018 Feb;94(5-8):1727-44.
12. Wang H, Qin X, Wu D, Song A. Optimization of cutting parameters in helical milling of carbon fiber reinforced polymer. Transactions of Tianjin University. 2018 Jan;24:91-100.
13. Vijayan D, Seshagiri VR. A parametric optimization of FSW process using RSM based grey relational analysis approach. International Review of Mechanical Engineering (IREME). 2014;8(2):328-7.
14. Palanikumar K, Muthukrishnan N, Hariprasad KS. Surface roughness parameters optimization in machining A356/SiC/20p metal matrix composites by PCD tool using response surface methodology and desirability function. Machining Science and Technology. 2008 Dec 16;12(4):529-45.
15. Palanikumar K, Karthikeyan R. Assessment of factors influencing surface roughness on the machining of Al/SiC particulate composites. Materials & design. 2007 Jan 1;28(5):1584-91.
16. Rajmohan T, Palanikumar K. Modeling and analysis of performances in drilling hybrid metal matrix composites using D-optimal design. The International journal of advanced Manufacturing technology. 2013 Feb;64:1249-61.
17. Basavarajappa S, Chandramohan G, Davim JP, Prabu M, Mukund K, Ashwin M, PrasannaKumar M. Drilling of hybrid aluminium matrix composites. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2008 Feb;35:1244-50.
18. Vijayan D, Abhishek P, Kumar YM, Balaji P, kumar Reddy PS. Optimization of drilling parameters of carbon fiber composites using RSM based desirability function. InIOP conference series: materials science and engineering 2018 Jul 1 (Vol. 390, No. 1, p. 012076). IOP Publishing.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 23، شماره 10
مهر 1402
صفحه 237-243