آنالیز تحلیلی و عددی تغییر شکل در صفحات بدنه قید و بندها

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک و مکاترونیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

چکیده

بدنه قید و بند از سه صفحه پایه، دوم و سوم تشکیل می‌شود که به‌صورت دو به دو عمود بر هم قرار گرفته‌اند. طراحی این صفحات بر اساس مقدار تغییر شکل الاستیک آن‌ها تحت بارهای اعمالی انجام می‌شود. با توجه به شرایط مرزی و نیرویی متفاوتی که هریک از این صفحات دارند، طراحی آن‌ها باید بصورت مجزا انجام شود. در پژوهش حاضر، مدل‌های تحلیلی بر اساس تئوری پوسته‌ها و ورق‌ها برای محاسبه مقدار تغییر شکل صفحه پایه، دوم و سوم بدنه قید و بند ارائه شده است. برای طراحی صفحه پایه، از روش ناویر (حل سری دوبل) برای محاسبه مقادیر تغییر شکل استفاده شد که در آن، تغییر شکل ورق در قالب سری فوریه مدل شده و ضرایب این سری بر اساس نیروها و گشتاورهای اعمالی محاسبه شدند. برای محاسبه تغییر شکل در صفحات دوم و سوم بدنه از معادله لاگرانژ و حل معادله دیفرانسیل حاکم بر ورق (صفحه قید و بند) با اعمال شرایط مرزی و نیرویی بر آن استفاده شد. برای راستی‌آزمایی پیش‌بینی مدل تحلیلی، از روش عددی در قالب شبیه‌سازی در نرم-افزار آنالیز المان محدود استفاده شد. مقدار بیشینه تغییر شکل صفحه پایه از آنالیز عددی برابر با 021/2 میلی‌متر بدست آمد که بیانگر بیشینه خطای تحلیل برابر با 7/4% بود. همچنین، بیشینه تغییر شکل الاستیک برای صفحه دوم و سوم از تحلیل به‌ترتیب برابر با 0412/0 و 0392/0 میلی‌متر از آنالیز عددی محاسبه شد که بیانگر بیشینه خطای تحلیل برابر با 4/1 درصد بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Mehta NK (2012) Machine Tool Design & Numerical Control. Tata McGraw Hill Education, India.
[2] Nategh MJ (2012) Machine tools jig and fixture design. Tarbiat Modares University Press, Tehran.
[3]  Satyanarayana S, Melkote S (2004) Finite element modeling of fixture–workpiece contacts: single contact modeling and experimental verification. Int J Mach Tools Manuf 44: 903–913.
[4] Parvaz H, Nategh MJ (2013) A pilot framework developed as a common platform integrating diverse elements of computer aided fixture design. Int J Prod Res 51: 6720–6732.
[5] Nategh MJ, Parvaz H (2018) Development of computer aided clamping system design for workpieces with freeform surfaces. Comput Aided Des 95: 52–61.
[6] Parvaz H, Nategh MJ (2018) Development of locating system design module for freeform workpieces in computer-aided fixture design platform. Comput Aided Des 104: 1–14.
[7] Hoffman EG (2004) Jig and Fixture Design, Fifth edn. Delmar Cengage Learning, New York.
[8] Siebenaler SP, Melkote SN (2006) Prediction of workpiece deformation in a fixture system using the finite element method. Int J Mach Tools Manuf 46: 51–58.
[9] Gameros A, Lowth S, Axinte D, Nagy-Sochacki A, Craig O, Siller HR (2017) State-of-the-art in fixture systems for the manufacture and assembly of rigid components: A review. Int J Mach Tools Manuf 123: 1–21.
[10] Aoyama T, Kakinuma Y (2005) Development of fixture devices for thin and compliant workpieces. CIRP Ann 54: 325–328
[11] Raffles MH, Kolluru K, Axinte D, Llewellyn-Powell H (2013) Assessment of adhesive fixture system under static and dynamic loading conditions. Proc Inst Mech Eng Part B J Eng Manuf 227: 267–280.
[12] Mironova A, Mercorelli P, Zedler A (2016) Robust control using sliding mode approach for ice-clamping device activated by thermoelectric coolers. IFAC-PapersOnLine 49(25): 470–475.
[13] Mironova A (2018) Effects of the influence factors in adhesive workpiece clamping with ice: experimental study and performance evaluation for industrial manufacturing applications. Int J Adv Manuf Technol 99: 137–160.
[14] Chou Y-C, Chandru V, Barash MM (1989) A Mathematical Approach to Automatic Configuration of Machining Fixtures: Analysis and Synthesis. J Eng Ind 111: 299–306.
[15] Lee SH, Cutkosky MR (1991) Fixture Planning With Friction. J Eng Ind 113: 320–327.
[16] Kang Y, Rong Y, Yang JC (2003) Computer-Aided Fixture Design Verification. Part 3. Stability Analysis. Int J Adv Manuf Technol 21: 842–849.
[17] Parvaz H (2020) Analytical and Numerical Investigation of Reaction Forces in Fixturing of Rigid Workpiece with Polyhedral Geometry. J Solid Fluid Mech 10:17–29.
[18] Parvaz H, Mahdavi M, Sepehry N (2020) Experimental investigation of the jamming phenomenon in fixturing of workpiece using the peg-in-hole mechanism. Solid Fluid Mech 10: 77–89.
[19] Parvaz H, Sepehry N, Yazdi MK (2020) Theoretical and experimental analysis of jamming of workpiece in the fixture by using the block and palm study. Solid Fluid Mech 10:45–58
[20] Ventsel E, Krauthammer T (2001) Thin plates and shells: theory, analysis and applications. CRC Press, Dekker, Abingdon
[21] Timoshenko S, Woinowsky-Krieger S (1987) Theory of plates and shells, Second edn. McGraw-Hill, United States
[22] Zhang J, Liu S, Ullah S, Gao Y (2020) Analytical bending solutions of thin plates with two adjacent edges free and the others clamped or simply supported using finite integral transform method. Comput Appl Math 39: 266-278.
[23] Marks CR (1941) The Analysis of Cantilever Plates with Concentrated Loads. PhD thesis, University of Tennessee.