Share
دراسة تحليلية للحام بالليزر على الخواص الحرارية - الميكانيكية للبوليمرات باستخدام برنامج ANSYS == Analysis Study of Laser Welding on Thermal - Mechanical Properties of Polymers Using ANSYS Program
Author name:
زينه يونس علي
Supervisor name:
خالد هادي مهدي العبيدي | ندى فاضل توفيق
General topic:
Physics
Specific topic:
Laser Physics and Electro-optics
Degree:
Master
University:
Mustansiriyah University - College Of Science
Language:
English
University location:
Baghdad
First pages:
26T1853 - p.pdf
Abstract:
الخلاصةان الهدف من هذه الدراسة, هو التنبؤ بسلوك المواد من حيث الخصائص التركيبية ,الحرارية والميكانيكية اثناء عملية اللحام في 3 - D. ان دراسة الخصائص التركيبية للمادة قد تم باعتبارها دالة لدرجة حرارة الانتقال الزجاجي T_g, ودرجة حرارة الانصهار T_m, وتغير الطور بينما يتم دراسة الخصائص الحرارية وفقا لتوزيع درجات الحرارة, والتدرج الحراري, والفيض الحراري, واخيرا يتم دراسة الخواص الميكانيكية بواسطة الاجهاد والمطاوعة.لقد تم تبني طريقة FEM لمحاكاة عملية اللحام لقطعتين متشابهتين ومختلفتين من مادة البولي بروبلين والبولي ستيرين في ثلاثة ابعاد. ان تحليل الخصائص الحرارية والميكانيكية لبوليمر البولي بروبلين والبولي ستيرين قد تم بدلالة كل من نموذج الحالة المستقرة والنموذج المتنقل باستخدام برنامج ((ANSYS 11. حيث ربط نموذج الحالة المستقرة (اعتبرت انها الحمل الابتدائي) مع نموذج الحالة المتنقلة بافتراض وجود الحمل الحراري والميكانيكي سوية بنفس الوقت على اعتبار ثبوت سرعة اللحام عند20ملي/ثانية ودرجة الحرارة عند 298م, وكذلك تم اختبار تاثير قدرة الليزر باستخدام ثلاثة قيم 50) (150,100 واط, كذلك درست تاثير نصف قطر بقعة الليزر على خصائص البوليمرات المستخدمة.بينت النتائج العددية قابلية لحام كل من المادتين البولي بروبلين والبولي ستيرين بهذه الطريقة, حيث لوحظ تناقص التشوهات الحرارية والميكانيكية الناجمة عن اللحام, كما يشير الشكل الهندسي هذه الاجهادات الى جودة اللحام. وبينت الدراسة ان كل من الفيض الحراري والانحدار الحراري يكون عند اعظم قيمها في اتجاه y - axis وهو اتجاه تسليط الليزر, وكانت درجة الحرارة العظمى في لحام كل من PP - PPو PP - PS هي ((351.4kو (425.9k) على التوالي. اما الاجهادات الميكانيكية فقد كانت واطئة في كل من PP - PPو PP - PS بحدود (0.181*〖10〗^9MPa ) و(0.166*〖10〗^9MPa) والمطاوعة (0.171) و(0.142) لكل من PP - PP وPP - PS على التوالي. واخيرا، لوحظ صغر مساحة المنطقة المتاثرة حراريا اذ كانت بحدود (9.2 〖mm〗^2) بالنسبة ل PP - PP، في حين اظهر عمق الاختراق تحسن مقارنة مع الاساليب المستخدمة، حيث كانت قيمته بحدود (2.5mm), اما في نموذج المتنقل فقد لوحظ تضاعف المساحة المتاثرة وعمق اختراق قريب من نتائج النموذج المستقر. | The aims of this study is to estimate the material behavior properties in terms of its structure, thermal and mechanical properties during welding process in 3 - D. The structure is studied as a function of T_m , T_g and phase change. While the thermal is investigated according to thermal distribution, thermal gradient and thermal flux. Finally the mechanical is examined by stress and strain.Finite element method is adopted to simulate welding process of two similar and dissimilar pieces of polypropylene and polystyrene in 3 - D.The analytical of thermal and mechanical properties is done in terms of steady - state model and transient model using ANSYS 11 program, then coupling the steady - state with transient model by supposed existing thermal and mechanical loads together in same time. Laser power effect on welding is investigated by three powers (50,100,and 150watt) and by laser spot radius (1mm, and 2mm), the welding speed is supposed constant at (20mm/sec).Numerical results show that the ability of this method to joined polymers material PP and PS, where it is noticed that the thermal and mechanical deformations are reduced, also the geometry shape of welding zone is indicated to a good quality of welding.From this study, the thermal gradient and thermal flux are at their maximum values at y - axis, in which the laser direction, and T_max in PP - PP and PP - PS joints are (351.4k) and (425.9k) respectively. Mechanical stresses and strains had low values, about (0.181*〖10〗^9MPa) and (0.166*〖10〗^9 MPa) and strain are about (0.171) and (0.142) for PP - PP and PP - 1PS joint respectively.Finally, it is observed that narrow HAZ area (9.2〖mm〗^2) of PP - PP joint, while penetration depth shows improvement comparing with usual methods, it's value is (2.5mm). In transient model it observes that multiples of HAZ area, and D_p is near its value in steady - state model.
