مدلسازی آماری، بهینه‌‌سازی و تحلیل حساسیت سوبل پارامترهای مؤثر بر رفتار نیروی عمودی در فرآیند میکروسوراخکاری کامپوزیت چندلایه شیشه/اپوکسی

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران

2 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران

3 دانشجوی کارشناسی ارشد ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران

10.22044/jsfm.2020.9231.3089

چکیده

در تحقیق حاضر، چندلایه کامپوزیتی با الیاف شیشه نوع E از نوع بافته شده ساده به همراه رزین اپوکسی به عنوان زمینه با لایه‌‌چینی [0]12 به روش لایه‌‌چینی دستی ساخته شده است. سپس با در نظر گرفتن مهمترین پارامترهای ورودی فرآیند میکروسوراخکاری شامل سرعت دورانی ابزار، نرخ پیشروی و قطر ابزار، مدلسازی ریاضی آماری به منظور بررسی دقیق رفتار پاسخ نیروی محوری بر حسب متغیرهای یاد شده صورت گرفته است. بدین منظور ضمن استفاده از روش طراحی آزمایش‌‌ها به روش عاملی کامل و رویه پاسخ و انجام 54 آزمایش و لحاظ نمودن تکرار آزمایش‌ها به منظور بالا بردن دقت مدل‌‌سازی، یک معادله رگرسیون خطی مرتبه دوم استخراج شده است. همچنین با بهره‌‌گیری از روش تحلیل حساسیت سوبل به بررسی تأثیر کمی دقیق میزان حساسیت رفتار نیرو بر حسب پارامترهای ورودی پرداخته شده است. علاوه بر این، با استفاده از الگوریتم درینگر بهینه‌‌سازی لازم به منظور دستیابی به کمترین مقدار نیرو در فرآیند میکروماشینکاری چندلایه‌‌های کامپوزیتی صورت گرفته است. نتایج تحلیل آماری نشان می‌‌دهد که کمترین مقدار نیروی محوری در فرآیند میکروسوراخکاری چندلایه‌‌های کامپوزیتی در کمترین نرخ پیشروی، حداکثر سرعت دورانیا ابزار و مقدار قطرهای کوچک‌‌تر حاصل می‌‌گردد. همچنین نتایج تحلیل حساسیت سوبل نشان می‌‌دهد که به ترتیب قطر (8/57 درصد)، سرعت دورانی (4/24 درصد) و سرعت پیشروی (8/17 درصد) در فرآیند میکروماشینکاری تأثیرگذار بوده است. همچنین کمترین میزان نیروی عمودی ایجاد شده در سرعت دورانی 2515 دور بر دقیقه، سرعت پیشروی 10 میلیمتر بر دقیقه و قطر ابزار 5/0 میلیمتر بدست آمده است.

کلیدواژه‌ها


[1] Gay D, Hoa S V, Tsai SW (2003) Composite Materials Design and Applications. CRC Press
[2] Jones RM (1998) Mechanics of Composite Materials,2nd Edition. CRC Press
[3] Asundi A, Choi AYN (1997) Fiber metal laminates: An advanced material for future aircraft. J Mater Process Technol 63: 384-394.
[4] Soutis C (2005) Fibre reinforced composites in aircraft construction. Prog Aerosp Sci 41: 143-151.
[5] Heidary H, ZarifKarimi N, Ahmadi-Najafabadi M, Rahimi A (2013) Study of the Effect of Machining Parameters on Drilling of Composite Materials and Monitoring of Process by Acoustic Emission. J Appl Comput Sci Mech 24: 1-16. (In Persian)
[6] Hakimi E, Amini S (2016) Study of Delamination in the Process Helical Milling of Carbon Fiber-Reinforced Polymer Composite. J Sci Technol Compos 2: 51-58. (In Persian)
[7] Joshi S, Rawat K, Balan ASS (2018) A novel approach to predict the delamination factor for dry and cryogenic drilling of CFRP. J Mater Process Technol 262: 521-531.
[8] Vinayagamoorthy R, Manoj I V., Narendra Kumar G, et al (2018) A central composite design based fuzzy logic for optimization of drilling parameters on natural fiber reinforced composite. J Mech Sci Technol 32: 2011-2020.
[9] Sorrentino L, Turchetta S, Bellini C (2018) A new method to reduce delaminations during drilling of FRP laminates by feed rate control. Compos Struct 186: 154-164.
[10] Thongkaew K, Wang J, Li W (2019) An investigation of the hole machining processes on woven carbon-fiber reinforced polymers (CFRPs) using abrasive waterjets. Mach Sci Technol 23: 19-38.
[11] Anand RS, Patra K (2018) Cutting force and hole quality analysis in micro-drilling of CFRP. Mater Manuf Process 33: 1369-1377.
[12] Babu J, Paul Alex N, Abraham SP, et al (2018) Development of a comprehensive delamination assessment factor and its evaluation with high-speed drilling of composite laminates using a twist drill. Proc Inst Mech Eng Part B J Eng Manuf 232: 2109-2121.
[13] Agwa MA, Megahed AA (2019) New nonlinear regression modeling and multi-objective optimization of cutting parameters in drilling of GFRE composites to minimize delamination. Polym Test 75: 192-204.
[14] Hrechuk A, Bushlya V, Ståhl JE (2018) Hole-quality evaluation in drilling fiber-reinforced composites. Compos Struct 204: 378-387.
[15] Phapale K, Ahire A, Singh R (2018) Experimental characterization and finite element modeling of critical thrust force in cfrp drilling. Mach Sci Technol 22: 249-270.
[16] Rahamathullah I, Shunmugam MS (2013) Analyses of forces and hole quality in micro-drilling of carbon fabric laminate composites. J Compos Mater 47: 1129-1140.
[17] Anand RS, Patra K, Steiner M (2014) Size effects in micro drilling of carbon fiber reinforced plastic composite. Prod Eng 8: 301-307.
[18] Anand RS, Patra K (2017) Mechanistic cutting force modelling for micro-drilling of CFRP composite laminates. CIRP J Manuf Sci Technol 16: 55-63.
[19] Rahamathullah I, Shunmugam MS (2014) Mechanistic approach for prediction of forces in micro-drilling of plain and glass-reinforced epoxy sheets. Int J Adv Manuf Technol 75: 1177-1187.
[20] Anarghya A, Harshith DN, Rao N, et al (2018) Thrust and torque force analysis in the drilling of aramid fibre-reinforced composite laminates using RSM and MLPNN-GA. Heliyon 4: e00703.
[21] Liu S, Yang T, Liu C, et al (2018) Investigation of hole quality during drilling of KFRP based on the interaction between collars and cutter. Int J Adv Manuf Technol 95: 4101-4116.
[22] Díaz-Álvarez A, Rodríguez-Millán M, Díaz-Álvarez J, Miguélez MH (2018) Experimental analysis of drilling induced damage in aramid composites. Compos Struct 202: 1136-1144.
[23] Wang H, Zhang X, Duan Y (2018) Effects of drilling area temperature on drilling of carbon fiber reinforced polymer composites due to temperature-dependent properties. Int J Adv Manuf Technol 96: 2943-2951.
[24] Rezghi Maleki H, Hamedi M, Kubouchi M, Arao Y (2019) Experimental investigation on drilling of natural flax fiber-reinforced composites. Mater Manuf Process 34: 283-292.
[25] Montgomery DC (2008) Design and analysis of experiments, 8th edition. John Wiley & Sons, Inc.
[26] A. I. Khuri, J. A. Cornell (2019) Response surfaces: Designs and analyses. 2nd edn. CRC Press
[27] Vahdati M, Moradi M (2019) Statistical Analysis of Parameters Affecting the Mechanical Properties of Surface Composite Al7075/Al2O3 Produced by Friction Stir Processing Using Response Surface Methodology. Journal of Solid and Fluid Mechanics 9: 81-94. (In Persian)
[28] Sobol IM (1993) Sensitivity estimates for nonlinear mathematical model. Math Model Comput Exp 1: 407-414
[29] Tahmasbi V, Ghoreishi M, Zolfaghari M (2017) Investigation, sensitivity analysis, and multi-objective optimization of effective parameters on temperature and force in robotic drilling cortical bone. Proc Inst Mech Eng Part H J Eng Med 231: 1012-1024.