خلاصه خبر: طراحی تحلیلی و ساخت هورمن بوستر جوشکاری آلتراسونیک، با هدف مطالعه اثرات اعمال نیرو و سختی قطعه کار بر پاسخ فرکانسی و دامنه نوسانات ترانسدیوسر

• عنوان: طراحی تحلیلی و ساخت هورمن بوستر جوشکاری آلتراسونیک، با هدف مطالعه اثرات اعمال نیرو و سختی قطعه کار بر پاسخ فرکانسی و دامنه نوسانات ترانسدیوسر
• ارائه‌کننده: آقای امیر یزدیان
• استاد راهنما: دکتر محمدرضا کرفی
• استاد ناظر داخلی اول: دکتر امین فرخ آبادی
• استاد ناظر خارجی اول: دکتر امیر عبداله زاده
• نماینده تحصیلات تکمیلی: دکتر امین فرخ آبادی
• مکان: اتاق 215
• تاریخ: 98/11/12
• ساعت: 10:00

چکیده:جوشکاری آلتراسونیک یک روش متداول و فراگیر جهت جوشکاری قطعات پلاستیکی به یکدیگر می¬باشد. در این روش از امواج فراصوت ایجادشده توسط ترانسدیوسرهای پیزوالکتریکی و انتشار آن در طول قطعات ارتعاشی شامل بوستر و هورن بهره گرفته می¬شود تا با چند برابر کردن دامنه نوسانات توسط این قطعات، انرژی لازم برای افزایش حرارت در اثر اصطکاک بین سطوح و ایجاد جوش در منطقه بین دو قطعه تأمین و جوشکاری انجام شود. تاکنون پژوهش¬های بسیاری در رابطه با بهینه¬سازی طراحی و ساخت بوستر و هورن جوشکاری آلتراسونیک صورت گرفته است. ازجمله این پژوهش¬ها تغییرات در هندسه بوستر و هورن به‌منظور تغییر پارامترهایی نظیر بزرگنمایی دامنه نوسان یا فرکانس تشدید مود طولی قطعات و تغییرات در جنس قطعات مجموعه ارتعاشی به‌منظور افزایش عمر یا کاهش تنش و ایجاد حرارت در آن‌ها بوده است. اما در تمامی این پژوهش¬ها، مدل¬سازی قطعات بوستر و هورن به‌صورت عددی توسط نرم‌افزارهایی مانند انسیس یا کامسول انجام‌شده است. طراحی این قطعات به این روش نیازمند آزمون‌وخطا و تغییرات پی‌درپی در مدل اولیه و تحلیل مجدد آن می¬باشد. وجود مدل¬های تحلیلی برای ایجاد فهم جامع از ارتباط بین پارامترها و امکان اعمال تغییرات و بررسی عوامل مؤثر بر فرکانس تشدید و دامنه نوسان همواره مورد نیاز می¬باشد. به این منظور در این پایان¬نامه مدل¬سازی تحلیلی ترانسدیوسر، هورن و بوستر انجام گرفته است. در این مدل¬سازی ارتعاشات طولی و شعاعی قطعات ترانسدیوسر، هورن و بوستر در نظر گرفته شده است. اثر پیزوالکتریک، میرایی قطعات و افت دی‌الکتریک در مدل تحلیلی لحاظ شده است. ارتعاشات در جهت طولی و شعاعی به کمک ضرایب کوپلینگ مکانیکی به یکدیگر مرتبط شده¬اند. از این مدل می¬توان برای به دست آوردن فرکانس تشدید، شکل مود ارتعاشی، ادمیتانس الکتریکی ترانسدیوسر و پاسخ فرکانسی آن و نیز دامنه جابجایی کلگی استفاده کرد. همچنین می¬توان این مدل را برای طراحی هورن و بوستر به کار برد. توسط مدل توسعه داده شده یک هورن و بوستر طراحی شده و پارامترهای ذکر شده برای آن به دست آمده است. سپس مقادیر به دست آمده از مدل تحلیلی با نتایج حاصل از شبیه¬سازی عددی ترانسدیوسر مورد مقایسه قرارگرفته است. سپس قطعات طراحی شده ساخته شده و نتایج حاصل از مدل تحلیلی و شبیه¬سازی عددی با نتایج آزمون¬های تجربی مقایسه شده است. فرکانس تشدید کل مجموعه ارتعاشی به روش حل تحلیلی 19248 هرتز، شبیه¬سازی عددی 19642 هرتز و آزمون تجربی 19203 هرتز محاسبه شده است که اختلاف فرکانس تشدید بین نتایج مدل¬سازی تحلیلی و شبیه¬سازی عددی، 2 درصد و مدل¬سازی تحلیلی و آزمون تجربی، 2/0 درصد به دست آمده است. فرکانس آنتی رزونانس از روش تحلیلی 19950 هرتز محاسبه شده است و با مقدار به دست آمده از آزمون تجربی ( 19937 هرتز ) 06/0 درصد اختلاف دارد. دامنه نوسان کلگی هورن در آزمون تجربی 30 میکرومتر و در مدل¬سازی تحلیلی 7/26 میکرومتر در ولتاژ 200 ولت محاسبه شده است. مقدار خطای دامنه نوسانات به دست آمده از آزمون تجربی و مدل¬سازی تحلیلی 11 درصد می¬باشد. همچنین نتایج تجربی حاصل شده نشان می¬دهد که با افزایش سفتی قطعه¬کار، فرکانس تشدید افزایش می-یابد. همچنین افزایش نیرو خالص تاثیری بر فرکانس تشدید مجموعه ارتعاشی ندارد. از قطعات ساخته شده هورن و بوستر برای جوشکاری ورق¬های پلی اتیلن استفاده شده و نتایج حاصل از جوشکاری این قطعات در پایان نامه ذکر شده است.
کلمات کلیدی: ارتعاشات آلتراسونیک، مدلسازی تحلیلی، هورن، بوستر، جوشکاری آلتراسونیک، فرکانس تشدید، پاسخ فرکانسی