Investigation of the Effect of 3D Printing Parameters on the Bending Shape Recovery in 4D Printing Process

(1)

ISSN: 2476-6909; Modares Mechanical Engineering. 2022;22(09):567-577

Investigation of the Effect of 3D Printing Parameters on the Bending Shape Recovery in 4D Printing Process

A R T I C L E I N F O A B S T R A C T Article Type

Original Research

4D printing is an emerging phenomenon of additive manufacturing that is achieved by the 3D printing of shape memory materials. The printed parts can change their shapes when exposed to an external stimulus by controlling the 4D printing process. In this study, a relationship between applied pre-stress in the printing process and the amount of bending shape recovery was obtained using numerical simulations. Then, the effect of printing parameters of fused deposition modeling, including layer thickness, printing speed, and nozzle diameter on the applied pre-stress in the printed polylactic acid parts was investigated. To reduce the cost and time as well as to increase the validity and accuracy, the central composite design method was used. Seventeen experimental tests were performed, and a model was obtained between the mentioned parameters and applied pre-stress. In the following, R² and Adj R² of the model was obtained above 0.99 and 0.98, respectively, which indicates the high accuracy of the model. The model showed that the layer height, nozzle diameter, and printing speed have a significant effect on the applied pre-stress. Also, the applied pre-stress is inversely related to the layer height and nozzle diameter and is directly related to the printing speed. Simulations were performed under the conditions of maximum bending shape recovery and compared with the experimental model. The results showed that the error of the relationship between applied pre-stress and amount of shape recovery is 1.5%, and the experimental model of printing parameter's effect on the shape recovery is completely matched.

Authors

Hosseinzadeh M. H.^1*, Ghoreishi M. ¹, Narooei K. ²,

How to cite this article

Hosseinzadeh M H*, Ghoreishi M, Narooei K. Investigation of the Effect of 3D Printing Parameters on the Bending Shape Recovery in 4D Printing Process. Modares Mechanical Engineering. 2022;

22(09):567-577.

Keywords 4D Printing, Shape Memory Polymer, FDM, Response Surface Method, Numerical Simulation.

C I T A T I O N L I N K S

1 Mechanical Engineering Department, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran.

2 Materials Science and Engineering Department, K. N.

Toosi University of Technology, Tehran, Iran.

[1] A review of selective laser melted NiTi shape ... [2] An overview on 3D printing technology: Technological ... [3] 4D printing self-morphing structures. [4] The Study of Scan Speed and Laser Power … [5] Active printed materials for complex self-evolving ... [6]

Materials and technical innovations in 3D printing ... [7] 3-D printing in the spare parts supply chain … [8] 3D printing for soft robotics ... [9] 3D printing in aerospace and its long- term ... [10] 4D printing. [11] 4D printing: future insight in additive manufacturing. [12] A review of 4D printing. [13] Tunable polymer multi-shape memory effect. [14] Reduced time as a unified parameter determining … [15] 3D printing of highly stretchable and tough hydrogels … [16] An integrated design and fabrication strategy ... [17] From 3D to 4D printing: approaches and typical applications. [18] Influence of infill density and printing pattern on flexural properties of 3D printed … [19] Effect of processing parameters on tensile properties of FDM 3D printed ... [20] Optimization of FDM process parameters for tensile properties … [21] Four-dimensional printing using fused-deposition modeling ... [22]

A review on the various processing parameters in FDM. [23] An investigation into the effect of thermal variables on the 3D printed … [24] Adaptive metamaterials by functionally graded 4D printing. [25] Programming 2D/3D shape-shifting with hobbyist ... [26] Additive manufacturing-enabled shape transformations ... [27] Investigation of the Effect of 3D printing parameters on shape-shifting ... [28] An Experimental Study of Nozzle Temperature and Heat Treatment … [29] An experimental investigation on structural design ... [30]

Experimental characterization and thermoviscoelastic modeling … [31] Investigation of hyperelastic models for nonlinear elastic behavior … [32] Force and multiple-shape- recovery in shape-memory-polymers … [33] The Temperature Dependence of Relaxation Mechanisms … [34] Response surface methodology: process and product optimization …

*Correspondence

Address: Mechanical Engineering Department, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran.

[email protected]

Article History

Received: January 21, 2022 Accepted: April 24, 2022 ePublished: August 21, 2022

Copyright© 2020, TMU Press. This open-access article is published under the terms of the Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License which permits Share (copy and redistribute the material in any medium or format) and Adapt (remix, transform, and build upon the material) under the Attribution- NonCommercial terms.

[ Downloaded from mme.modares.ac.ir on 2022-10-31 ]

(2)

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

ــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ ــــــ

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ ــــــــــــــــــــــــ

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

ریثأت یسررب هس پاچ یاهرتماراپ

یور رب یدعب

یبایزاب پاچ دنیآرف رد یشمخ یلکش

یدعبراهچ

نیسح یداهدمحم هداز

*

،1

یشیرق دیجم ،1

ییوران ناویک

2

،نارهت ،یسوط نیدلاریصن هجاوخ یتعنص هاگشناد ،کیناکم یسدنهم هدکشناد1

ناریا

2

یسدنهم هدکشناد

داوم ملع و هجاوخ یتعنص هاگشناد ، ،یسوط نیدلاریصن

ناریا ،نارهت

هدیکچ هدیدپ یدعبراهچ پاچ هعسوت و روهظون یا

هتفای اب هک تسا یشیازفا تخاس زا

هس پاچ هظفاح تاعطق یدعب هب یلکشراد

یم تسد لرتنک اب .دیآ ندومن ریذپ

پاچ تاعطق ،یدعبراهچ پاچ دنیآرف یم هدش

یجراخ کرحم لامعا زا دعب دنناوت

خشم لکش رییغت هیبش کمک هب شهوژپ نیا رد .دنشاب هتشاد یص

،یددع یزاس

یبایزاب نازیم رب پاچ دنیآرف رد یلامعا شنت شیپ نیب هطبار هب یشمخ یلکش

دنیآرف رد لزان رطق و پاچ تعرس ،هیلا تماخض یاهرتماراپ رثا سپس .دمآ تسد هیلا پاچ تاعطق رد یلامعا شنت شیپ نازیم رب یبوذ یناشن سنج زا هدش

یلپ ندرب لااب نینچمه و نامز و هنیزه شهاک یارب .دش یسررب ،دیسا کیتکلا

شور زا یکی هک یزکرم بکرم حرط زا ،یبرجت لدم تقد و رابتعا حطس یاه

ماجنا کمک هب .دش هدافتسا ،تسا شیامزآ یحارط رد خساپ 17

،یبرجت شیامزآ

نایب یاهرتماراپ نیب یلدم رد یلامعا شنت شیپ نازیم و هدش

پاچ دنیآرف

هس هب یدعب یسررب یبرجت لدم تیافک همادا رد .دمآ تسد نینچمه و هدش

R2

2 و Adj R زا رتلااب بیترت هب لدم 99

/ 0 و 98 / 0 هب ناشن هک دمآ تسد تقد هدنهد

هئارا یبرجت لدم .تسا نآ یلااب هزادنا یاهرتماراپ هک داد ناشن هدش

رطق ،هیلا

یب بیترت هب ،پاچ تعرس و لزان .دنراد ار یلامعا شنت شیپ رب رثا نیرتش

اب سوکعم هطبار یدعبراهچ پاچ دنیآرف رد یلامعا شنت شیپ نینچمه هیلا تماخض هب .دراد پاچ تعرس اب میقتسم هطبار و لزان رطق و اه

روظنم

تحص لدم یجنس ،یشمخ یلکش یبایزاب نازیم نیرتشیب طیارش رد ،یبرجت

هیبش برجت شیامزآ و یددع یزاس هطبار یاطخ داد ناشن جیاتن .دش ماجنا ی

،یلکش یبایزاب نازیم و یلامعا شنت شیپ نیب 5

/ 1 رثا یبرجت لدم و دصرد

.تسا هدش قبطنم ًلاماک یلکش یبایزاب نازیم یور رب پاچ یاهرتماراپ هژاودیلک اه : هظفاح یاهرمیلپ ،یدعبراهچ پاچ شور ،یبوذ یناشن هیلا ،یلکش

هیبش ،خساپ حطس یزاس

.یددع

:تفایرد خیرات 01

/ 11 / 1400

:شریذپ خیرات 04

/ 02 / 1401

:لوئسم هدنسیون*

[email protected]

1 - همدقم ( یشیازفا تخاس Additive manufacturing

شور زا یکی ) یاه

،هدیچیپ تاعطق تخاس تیلباق لیلد هب هک تسا هتفرشیپ تخاس دیلوت رد نییاپ هنیزه و لااب تعرس هنومن

نیزگیاج ،هیلوا یاه

شور زا یرایسب تسا هدشدیلوت یاه

] 4 - 1

هس پاچ .[

یارب یدعب

لاس رد راب نیلوا 1984

دش عادبا لاهزلاچ طسوت نیا ادتبا رد .[5]

هب یروانف هنومن ناونع

هنومن تخاس بلاق رد عیرس یزاس یاه

یم هدافتسا ناحارط هب کمک یارب یحارط هیلوا دنچ زا سپ اما دش

اس هب هک تفای هعسوت یدربراک تاعطق تخاس تمس هب ل تعرس

یکشزپ نوچ یفلتخم عیانص رد ار دوخ هاگیاج

] 6

یزاسوردوخ ،[ ]

7

،[

کیتابر

] 8

[

اضفاوه و

] 9

[

لاس زا سپ .درک ادیپ عون ماجنارس اه

لاس رد یدعبراهچ پاچ ناونع تحت پاچ زا یدیدج 2013

طسوت

هاگشناد نیققحم زا ،ستیبیت MIT

دش یفرعم

] 10

نیااب .[

هک لاح

هتفرشیپ تخاس هصرع رد یروهظون دنیآرف دوخ یشیازفا تخاس یشیازفا تخاس هدنیآ ار یدعبراهچ پاچ ناققحم تسا یم دنناد

] 11

هب پاچ زا عون نیا .[

کت تروص هدام دنچ ای هدام

ناکما داوم زا یبیکرت ای و دنمشوه داوم زا هدافتسا اب و تسا ریذپ

یداع داوم و دنمشوه

یم ماجنا اب یدعبراهچ پاچ توافت .دوش

پاچ هس یاه )لکش رییغت دننام( تلاح رییغت ناکما موسرم یدعب

اب تنیرپ زا دعب یدعبراهچ پاچ شور هب هدش تنیرپ تاعطق کرحم کیرحت تسا نامز لوط رد یجراخ یاه

] 12

پاچ دنیآرف رد .[

داوم رد لکش رییغت ثعاب یجراخ کرحم ،بلغا یدعبراهچ نمشوه یم د هنومن هک دنوش یاهرمیلپ لماش ،داوم نیا زا یا

هظفاح (یلکش Shape memory polymer )

] 13,14

[

لژوردیه و اه

] 15,16 [

هظفاح یاهرمیلپ رد .تسا یم یلکش

همانرب تایلمع اب ناوت ،یزیر

هیلوا لکش هب یجراخ کیرحت زا سپ هک دومن داجیا ار یتقوم لکش براهچ پاچ دنیآرف .ددرگزاب دوخ همانرب تایلمع یدع

ندومن یزیر

هظفاح یاهرمیلپ نآ هب پاچ نیح رد ار یلکش

یم لامعا اه و دنک

پاچ هعطق لکش رییغت ،یجراخ کیرحت لامعا زا سپ هدش

یم دهد

] 17

.[

هیلا شور (یبوذ یناشن Fused Deposition Modeling

نازرا تلع هب )

رد ار دربراک نیرتشیب ندوب سرتسد رد و تخاس یاهدنیآرف

یاهرتماراپ یسررب یور رب یددعتم تاقیقحت .دراد یشیازفا ماجنا هدش هتخاس تاعطق یکیناکم صاوخ رب دنیآرف نیا راذگریثات تسا هدش

] 18

ناراکمه و ینارار لاثم یارب .[ ]

19

[

دوخ شهوژپ رد

راپ هک دنداد ناشن ا

هیلا تماخض ،هکبش یلاگچ یاهرتم تعرس و اه

یم پاچ د دناوت تاعطق صاوخ ر PLA

.دشاب راذگریثات هدش پاچ

نآ نینچمه اه

] 20

[

یم دنداد ناشن دوخ یدعب قیقحت رد اب ناوت

دنیآرف یاهرتماراپ یسررب

FDM هنیهب و صاوخ هب ،نآ یزاس

تسد یرتهب یکیناکم شور نیا کمک هب یدعبراهچ پاچ .تفای

تسا هتفرگرارق ناققحم هجوتدروم زین

] 21,22

نیازا .[

حت ور تاقیق

هس پاچ دنیآرف یاهرتماراپ رثا یور رب یدایز یناشن هیلا یدعب

یبوذ ماجنا اهرمیلپ نیا رد ییاهن لکش رییغت عون رب تسا هدش

- 21 [

]

هب هتسباو یدعبراهچ پاچ دنیآرف زا سپ ییاهن لکش رییغت .23

شیپ هریخذ شنرک پاچ هتشر رد هدش

تسا هدش

] 24

و ننام .[

ناراکمه

5]

2

[

لا عافترا رثا شیپ رادقم رب لزان یامد و هی

شنرک

هریخذ هتشر رد هدش پاچ ی

یسررب یدعبراهچ پاچ دنیآرف رد ار هدش

نآ جیاتن .دندرک داد ناشن اه

شیپ نازیم هریخذ شنرک

هتشر رد هدش

ناراکمه و یقادب .دراد سکع هطبار هیلا عافترا و لزان یامد اب

] 24 [

ار پاچ تعرس و لزان یامد یاهرتماراپ رثا

راتفر یور رب

نآ جیاتن .دندرک یسررب یگدنوشاتدوخ نازیم هک داد ناشن زین اه

(3)

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

ــــــ ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

Volume 22, Issue 09, September 2022 Modares Mechanical Engineering

شنرک شیپ خذ

ی هر هدش سکع هطبار لزان یامد اب یپاچ هعطق رد

ناراکمه و اردناچیوار .دراد میقتسم هطبار پاچ تعرس اب و

] 26

رثا[

رمیلپ عون دنچ یلکش یبایزاب یور رب ار پاچ تعرس و پاچ تهج یلکش هظفاح هعلاطمدروم

نآ .دنداد رارق هجیتن نیا هب اه

تسد پاچ تهج هک دنتفای مه

زکرم یلکش یبایزاب هب رجنم

یم یطورخم هطبار طورخم عافترا نازیم اب پاچ تعرس و دوش

ناراکمه و یدیشمج .دراد میقتسم

] 27

[

هب یسررب اهرتماراپ ی

هس پاچ دنیآرف یدعب

اهراتخاس لکش رییغت رد ی

هب حطسم

لکش اه ی هس یدعب دنتخادرپ هب . ا ی ن حارط اب روظنم ی

امزآ ی ش هب

چوگات شور ی

داقم ی ر هب ی هن اهرتماراپ ی وگلا لماش پاچ ی

،پاچ

لا ره تماخض ی

،ه و ندش رپ دصرد

امد ی ارب لزان ی سر ی ند هب

ش صخشم لکش رییغت رثکادح دند

.

نامه یدعبراهچ پاچ رد یدایز تاقیقحت هزورما ،دش نایب هک روط ای( شنت شیپ لامعا زا سپ لکش رییغت عون اب هطبار رد

شیپ رییغت عون رب هولاع یدعبراهچ پاچ رد اما .دش ماجنا )شنرک پاچ دنیآرف نوچ دراد تیمها رایسب نآ نازیم لرتنک یبایزاب لکش

لرتنک ار یدعبراهچ یم ریذپ

لرتنک اب .دیامن نازیم و عون ندومن ریذپ

یم ،یدعبراهچ پاچ دنیآرف زا سپ لکش رییغت ار دنیآرف نیا ناوت

تسد دیدج یاهدربراک هب و داد هعسوت نیازا .تفای

نیا رد ور

یسررب هب شهوژپ اهرتماراپ ریثأت

ی هس پاچ دعب ی ور رب ی زاب ی با ی

لکش ی شمخ ی آرف رد ی دن دعبراهچ پاچ ییاجنآزا .دش هتخادرپ ی

هک

نیسح ناراکمه و هداز

] 23

[

هنیهب اب دوخ تاعلاطم رد یزاس

یلپ رمیلپ هک دنداد ناشن یلکش یبایزاب دنیآرف یاهرتماراپ کیتکلا

یم دیسا نیاربانب ،دشاب هتشاد یبسانم رایسب یلکش یبایزاب دناوت

.تسا هدش هدافتسا هدام نیا زا شهوژپ نیا رد شهوژپ نیا رد

هیبش کمک هب ادتبا شنت شیپ نازیم نیب هطبار یددع یزاس

هب همادا رد .دش هبساحم یشمخ یلکش یبایزاب رب یلامعا روظنم

شیامزآ ماجنا ،هیلا هزادنا یاهرتماراپ رثا یسررب یارب یبرجت یاه

هس پاچ رد لزان رطق و پاچ تعرس شنت شیپ نازیم رب یدعب

مزآ یحارط زا ،یلامعا کمک هب شیامزآ یحارط .دش هدافتسا شیا

هعومجمریز زا یزکرم بکرم حرط .دش ماجنا خساپ حطس شور یاه

هب یبرجت لدم ،یبرجت شیامزآ کمک هب سپس

هدمآ تسد

تحص .دش یجنس

2 - یدعبراهچ پاچ دنیآرف لوصا

هتسد یلکش هظفاح یاهرمیلپ هک دنتسه دنمشوه داوم زا یا

یم جراخ کیرحت اب دنناوت هخرچ .دنهد لکش رییغت امد دننام ی

لکش رد یلکش هظفاح یاهرمیلپ یکیناکمومرت 1

ناشن فلا

هداد :تسا ریز لحارم لماش هک تسا هدش

هلحرم 1 هظفاحرمیلپ پاچ : شور کمک هب یلکش

پاچ یاه

هس

؛یدعب هلحرم 2 هشیش لاقتنا یامد ات هعطق ندش مرگ : ( یا

Tg ) رتلااب ای

؛نآ زا هلحرم

3 امعا : ؛رظن دروم لکش رییغت داجیا یارب یجراخ شنت ل

هلحرم 4 هشیش لاقتنا یامد نییاپ ات هعطق ندش درس : نودب یا

؛یجراخ شنت ندش هتشادرب هلحرم 5 رییغت تلاح نیا رد هعطق( یجراخ شنت ندش هتشادرب :

یم ظفح ،ار دوخ رد هدشداجیا هیوناث لکش ؛).دیامن

هلحرم 6 یامد ات ددجم شیامرگ : هشیش لاقتنا

( یا Tg ) ،رتلااب ای

.)یلکش یبایزاب( دوخ هیلوا لکش هب هعطق تشگزاب و همانرب دنیآرف ،یدعبراهچ پاچ دنیآرف رد ندرک یزیر

( Programming process طخ( یلکش هظفاح یاهرمیلپ )

زمرق نیچ

لکش رد 1 هس پاچ ماگنه رد )فلا یم لامعا هعطق هب یدعب

.دوش

راپ رییغت اب ینعی هیلا شور یاهرتما

تایلمع ،یبوذ یناشن

همانرب هب ندرک یزیر هنوگ

لامعا یلکش هظفاح یاهرمیلپ رد یا

یم هتخاس هعطق هک دوش هشیش لاقتنا یامد رد رگا هدش

( یا Tg )

لرتنک و رظندم لکش هب دریگ رارق نآ زا رتلااب ای یم زاب هدش

.ددرگ

لکش 1 همانرب نامه ای یدعبراهچ پاچ دنیآرف ب یزیر

هظفاحرمیلپ هیلا یشیازفا تخاس یروانف کمک هب یلکش

یناشن

یم ناشن ار یبوذ دهد

هدافتسا نآ زا شهوژپ نیا رد هک .تسا هدش

نامه یم هدهاشم لکش نیا رد هک روط هدام هک ینامز ،دوش

یم روبع لزان زا )تنملایف(

ب ات نآ یامد دنک یامد یلاا

Tg شیازفا

یم هتشر ،لزان تکرح یلااب تعرس تلع هب تلاح نیا رد و دبای یاه

هیلا ای هاگتسد زیم یور رب هدش دورتسکا نییاپ یاه

تهج رد رت

یم لامعا نآ یور رب یششک شنت و هدش هدیشک پاچ دوش

] 3

رد .[

هتشر نیا همادا یامد( طیحم اب لماعت رد ای هاگتسد نف کمک هب اه

حم یامد زا رتمک طی Tg

یم درس ،)تسا تنملایف نآ یامد و دنوش

یامد نییاپ هب Tg

یم هدام ،ندش درس یلااب تعرس تلع هب .دسر

لامعا یششک شنت ندومن دازآ تصرف رظن دروم هتشر هب هدش

ار اه

هب یششک شنت نیا تلع نیمه هب درادن نآ رد شنت شیپ ناونع

اه

یم هریخذ .دوش

چ پاچ دنیآرف رد ،یدعبراه

6 یلکش یبایزاب هخرچ هلحرم

هظفاح یاهرمیلپ هب یلکش

2 یم شهاک هلحرم هب هجوت اب هک دبای

لکش 1 :تسا ریز حرش هب ب

هلحرم 1 همانرب شنت شیپ لامعا و یدعبراهچ پاچ : یزیر

هدش

پاچ هعطق یلکش یبایزاب نازیم و عون لرتنک یارب ؛هدش

لکش 1 ) لا زاب هخرچ )ف ی

با ی لکش ی لپ ی رم هظفاح لکش ی پاچ طسوت هدش

هس رگپاچ یدعب

، تامش )ب ی ک زا ی آرف ی دن دعبراهچ پاچ ی

.

(4)

هلحرم 2 یامد زا رتلااب هب امد شیازفا : Tg

یلکش یبایزاب بجوم هک

هتشر تهج رد هعطق تلاح نیا رد هک دش دهاوخ هعطق ضبقنم اه

دش دنهاوخ طسبنم رگید تهج رد و

5]

2

.[

3 - هدامآ هنومن یزاس

هیلا دنیآرف کمک هب تاعطق شهوژپ نیا رد پاچ ،یبوذ یناشن

هدش

هتشر زا و تکرش دیسا کیتکلا یلپ یاه Z.F.Filaments Private

Limited رب هولاع هدام نیا هک داد ناشن تاقیقحت .دش هدافتسا

زا یبوخ یلکش یبایزاب ،ندوب نازرا و لااب یریذپ پاچ تیصاخ یم ناشن دوخ دهد

] 28,29

.[

طم لکش قبا 2

هنومن یمامت فلا اه

هب داعبا رد لیطتسم بعکم تروص 2

/ 1

× 10

× 60 یلیم .دش هتخاس رتم

)فلا(

)ب(

لکش 2 ) پاچ هیواز زا یکیتامش )ب .هنومن داعبا زا یکیتامش )فلا

هتشر هس پاچ دنیآرف رد اه هیلا یارب هک یدعب

ییلااب یاه 0

و هجرد

هیلا نییاپ یاه 90

.تسا هجرد

همانرب یارب هتشر ،یشمخ یلکش یبایزاب تهج تاعطق یزیر

رد اه

میسقت تمسق ود هب تماخض یاتسار هتشر هک هدش

یپاچ یاه رد

هیلا تهج رد لااب یاه 90

هیلا و هجرد تهج رد نییاپ یاه

0 هجرد

لکش( دندش پاچ 2

ای( یشنت شیپ پاچ طیارش نیا .)ب

شیپ همانرب تاعطق رد )یشنرک یم یزیر

،یبایزاب نامز رد هک دنک

هب یشمخ لکش رییغت

یم تسد نامه .دیآ همدقم شخب رد هک روط

هس پاچ یاهرتماراپ ،دش یسررب عب

یبایزاب نازیم و عون رب ید

هتخاس تاعطق یلکش .دنتسه رثؤم یدعبراهچ پاچ دنیآرف رد هدش

هب و پاچ یاهرتماراپ رثا یسررب اب ینعی

اب نآ هطبار ندروآ تسد

شیپ ای( شنت شیپ رادقم یم )شنرک

یبایزاب تهج و رادقم ناوت

شیپ ار هعطق رد هدشداجیا یلکش سررب یارب .دومن لرتنک و ینیب

ی

شهوژپ نیا رد ،شنت شیپ رادقم رب پاچ یاهرتماراپ ریثأت هب لزان رطق و پاچ تعرس ،هیلا عافترا یاهرتماراپ ناونع

پاچ یاهرتماراپ ریاس نینچمه .دندش یسررب ریغتم یاهرتماراپ هب پاچ زیم یامد و لزان یامد ،یگدشرپ دصرد دننام ناونع

زان یامد .دش هتفرگ رظنرد تباث یاهرتماراپ ،پاچ نیح رد ل

190

یتناس هجرد پاچ نامز رد لزان یامد ردقچره اریز دش میظنت دارگ

یبایزاب لکش رییغت هجیتنرد و هدشداجیا شنرک شیپ دشاب رتمک یم رتشیب

دوش

5]

2

ییاجنآزا .[

یم پاچ زیم یامد شیازفا هک دناوت

شنت ندش دازآ بجوم هریخذ یاه

هتشر رد هدش زیم یامد ،دوش اه

رد پاچ ینعی طیحم یامد هدودحم 25

یتناس هجرد رظن رد دارگ

لودج .دش هتفرگ 1

هس پاچ یاهرتماراپ ار شهوژپ نیا رد یدعب

یم ناشن .دهد

لودج 1 ) هس پاچ یاهرتماراپ هیلا شور اب یدعب

یبوذ یناشن

رادقم رگپاچ تامیظنت رتماراپ عون

1 / 0 3– /

0 mm هیلا تماخض

ریغتم یاهرتماراپ 120

20–

mm/s پاچ تعرس

4 / 0 , 6 / 0 , 8 /

0 mm لزان رطق

100% یگدشرپ دصرد

تباث یاهرتماراپ 190

C° لزان یامد

25 C° پاچ زیم یامد

75 / 1

mm تنملایف رطق

4 - هیبش دودحم ءازجا یزاس

هیبش کمک هب ،یلامعا شنت شیپ یسررب یارب دودحم ءازجا یزاس

مرن ماجنا سوکابآ رازفا ومرت هدام لدم زا و هدش

-

لدم نیا رد .دیدرگ هدافتسا کیتسلاارپیاهوکسیو هدشداجیا شنت

م هب ندوب هتسباو رب هولاع مسج رد ی

ناز غت یی ر نامز هب ،لکش ی ا

راذگراب لامعا خرن ی

)شنرک خرن(

امد و ن ی ز .تسا هتسباو

یارب

اب و کیتسلااوکسیو لیلحت زا سوکابآ رد نامز هب یگتسباو لامعا یم هدافتسا ینورپ یرس باختنا بیارض تلاح نیا رد .دوش

𝜏_𝑖

،)شیاسآ نامز(

𝑘𝑖

و )یبسن یمجح لودم(

𝑔𝑖

تحارتسا لودم(

)یبسن یشرب هئارا بیارض هیاپ رب

ناراکمه و اتیرآ طسوت هدش

] 30

[

ب هظفاح یاهرمیلپ یار لودج( دش لامعا ،یلکش

2 هک ) 𝑘_𝑖 ره رد

20 لکشرییغت تلع هب نینچمه .تسا رفص هخاش رد دایز یاه

دوش هدافتسا کیتسلاارپیاه لدم زا تسا مزلا ،کیتسلاا تلاح

] 31

[

بیارض اب نیکوهوئن لدم زا قیقحت نیا رد هک 𝐶10

اب ربارب 73 / 109

دیدرگ هدافتسا لاکساپاگم

] 30

هولاع .[

رب

،نیا یارب رثا هبساحم

تارییغت امد لصا زا مهرب یهن امد - نامز هدافتسا دش .

هب ترابع

،رگید اب رییغت رد سایقم

،ینامز یم ناوت تارثا تارییغت

امد ار رد رظن تفرگ

] 32

هطبار کمک هب رما نیا .[

WLF دش ماجنا

هطبار(

1 )

] 33

.[

( 1 1 )

log⁡(𝛼𝑇)= 𝐶₁(𝑇 − 𝑇_𝑟𝑒𝑓) 𝐶2+ (𝑇 − 𝑇𝑟𝑒𝑓)

هطبار نیا رد 𝑇_𝑟𝑒𝑓

اب ربارب )عجرم یامد(

80 یتناس هجرد و دارگ

تباث نینچمه یاه

𝐶1

و 𝐶2

اب ربارب بیترت هب 9

/ 6 و 9 / 87 هجرد

یتناس دنتسه دارگ

] 30

. [

لکش قباطم 3

هنومن رد پاچ هیلوا طیارش لامعا یارب ، رد ،اه

هیلا رب هنومن نییاپ و لااب یاه تهج ساسا

هتشر یریگ یاه

پاچ نامه .دیدرگ لامعا هنومن رد یشنت شیپ ،هدش رد هک روط

لکش 3 هیلا یارب ،تسا هدش هداد ناشن تهج رد هک لااب یاه

0

شنت شیپ ،دنراد رارق هجرد 𝜎11

هیلا یارب و تهج رد هک نییاپ یاه

(5)

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

ــــــ ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

Volume 22, Issue 09, September 2022 Modares Mechanical Engineering

لودج 2 ) کیتسلااوکسیو راتفر لیلحت یارب ینورپ یرس بیارض

هظفاحرمیلپ ]یلکش

30 [

بیرض عون ( رادقم )s عون رادقم بیرض ( )s عون رادقم بیرض عون رادقم بیرض

𝝉_𝟏 6 - 26e / 1 𝜏₁₁ 3 - 08e / 6 𝑔₁ 187 / 0 𝑔₁₁ 00583 / 0

𝝉𝟐

6 - 94e / 2 𝜏12

0142 / 0 𝑔2

156 / 0 𝑔12

00319 / 0

𝝉𝟑

6 - 87e / 6 𝜏13

0332 / 0 𝑔3

138 / 0 𝑔13

00185 / 0

𝝉𝟒

5 - 6e / 1 𝜏14

0775 / 0 𝑔4

124 / 0 𝑔14

00105 / 0

𝝉𝟓

5 - 75e / 3 𝜏15

181 / 0 𝑔5

113 / 0 𝑔15

4 - 64e / 5

𝝉𝟔

5 - 75e / 8 𝜏16

423 / 0 𝑔6

0987 / 0 𝑔16

4 - 86e / 2

𝝉𝟕

4 - 04e / 2 𝜏17

988 / 0 𝑔7

0758 / 0 𝑔17

4 - 44e / 1

𝝉𝟖

4 - 78e / 4 𝜏18

13 / 2 𝑔8

0475 / 0 𝑔18

5 - 42e / 7

𝝉𝟗

3 - 12e / 1 𝜏19

39 / 5 𝑔9

0245 / 0 𝑔19

5 - 91e / 3

𝝉𝟏𝟎

3 - 61e / 2 𝜏20

6 / 12 𝑔10

0117 / 0 𝑔20

5 - 07e / 2

90 شنت شیپ دنراد رارق هجرد 𝜎22

لامعا پاچ طیارش .تسا هدش

هیلا رد تهج اهنت و هدوب مه هباشم ًلاماک نییاپ و لااب یاه یریگ

هتشر نآ لوط هجیتنرد و اه لوط هکنیا تلع هب .تسا توافتم اه

هعطق 6 هتشر لوط سپ تسا نآ ضرع ربارب هیلا رد اه

لااب یاه 6

هتشر لوط ربارب ضرف تلاح نیا رد .تسا نییاپ هیلا رد اه

یم دوش

هیلا شنت شیپ لامعا تبسن نیمه هب زین نییاپ و لااب یاه

یم ینعی دوش 𝜎11= 6 × 𝜎22

رد شنت شیپ نیا لامعا اب .تسا

هیبش هیلوا تلاح همانرب دنیآرف عقاورد ،یزاس

رمیلپ رد یزیر

هظفاح ماجنا یلکش لاقتنا یامد ات هنومن هک ینامز .تسا هدش

هشیش مرگ نآ زا رتلااب ای یا دنیآرف و هدشدازآ شنت شیپ نیا دوش

یم داجیا یلکش یبایزاب یبایزاب نیا عون و نازیم نیاربانب .دوش

.تسا هدراو شنت شیپ تهج و رادقم هب هتسباو ًامیقتسم یلکش ( پیرکسا نتشون کمک هب شهوژپ نیا رد Script

نوتیاپ نابز اب )

مرن یارب ریداقم ،سوکابآ رازفا 𝜎₁₁

زا 10 ات 50 هدرک رییغت لاکساپاگم

یبایزاب نازیم و هب هجوت اب سپس .دش هبساحم نآ رظانتم یلکش

مرن طسوت نآ خساپ و ریداقم نیا شنت شیپ رادقم نیب هطبار رازفا

( 𝜎₁₁ هب یلکش یبایزاب نازیم و )

هیبش یارب .دمآ تسد یددع یزاس

مرن رد و ییاجباج لپوک لیلحت زا سوکابآ رازفا یطخ ناملا و امد

یارب .دش هدافتسا امد و ییاجباج لپوک لیلحت صتخم درادناتسا شنت شیپ هیلوا طیارش رد یراذگراب تمسق 𝜎₁₁

و 𝜎₂₂ لکش قباطم

3 شهوژپ ساسا رب .دش لامعا

هشیش لاقتنا یامد ،هتشذگ یا

نومزآ کمک هب رظن دروم هدام یارب ،DMTA

23 / 59 هجرد

یتناس یدرگ هبساحم دارگ د

] 23

،هیلوا یراذگراب تمسق رد نیاربانب .[

یامد 80 یتناس هجرد هشیش لاقتنا یامد زا رتلااب( دارگ

لامعا )یا

هب هعطق هک دش هیکت نودب و دازآ تروص

یلکش یبایزاب دنیآرف هاگ

.دهد ماجنا ار 5 - شیامزآ یحارط

شیامزآ ماجنا هـنیزه هراومه یبرجت یاه

رب نامز و رب نیازا ،تسا ور

شیامزآ ماجنا نامز و هنیزه لقادح فرص اب هک رـثؤم یاه

لکش 3 ) کیتامش شنت شیپ هیلا هب هدراو رد هعطق نییاپ و لااب یاه

هیبش .دودحم ءازجا یزاس

تسد هدیا ،دشاب تاعلاطا نیرتشیب هب یبای ینامز .تسا ناققحم لآ

هب دوش دایز یدورو لماوع دادعت هک یدوعص تروص

نامز و هنیزه

شیامزآ یم شیازفا اه نآ رد هک تسا زاین یشور هب نیاربانب .دبای

دروم رد تاعلاطا نیرتشیب هب ،نامز و هنیزه لقادح فرص اب ناوتب فادها لکش نیرتهب هب هک یشور .درک ادیپ تسد شیامزآ دنیآرف یم هدروآرب ار هدشرکذ دراد مان شیامزآ یحارط ،دزاس

. عقاورد

مزآ یحارط شیا

، یم نآ كمك هب هك تسا یشناد ناوت

هوحن

هلداعم كي لكش هب ار یجورخ رب رثؤم لماوع زا كي ره یراذگرثا درك نايب

] 34

. [

خساپ حطس شور هب ای

راصتخا

RSM شور زا یاه

و یضایر لیلحت لدم تخاس یارب یرامآ یاه یبرجت یاه

هدافتسا

یم دنک نیب یلصا تارثا رب هولاع شور نیا رد . ناکما ،اهروتکاف

یلماعت تارثا نیمخت )لباقتم تارثا( اهروتکاف نیب شنکمهرب و

تسا مهارف زین

] 34

.[

اب یزکرم بکرم حرط کمک هب شیامزآ یحارط شهوژپ نیا رد مرن زا هدافتسا نیازید رازفا

( ترپسکا Design Expert

.دش ماجنا )

نامه لکش رد هک روط 4

هداد ناشن حرط نیا ،تسا هدش

باشم ه

حارط شور ی

لماع یرسک یلماع یحارط ای ی ،نآ رب هولاع هک تسا

زکرم طاقن لماش ی

روحم طاقن و ی

ن ی ز رتماراپ .تسا طاقن هلصافα

روحم ی زکرم هطقن ات ی

یم ناشن ار دهد

قد رادقم هک ی

ق عون هب نآ

حارط شیامزآ ی گتسب اهروتکاف دادعت و

ی ا رد .دراد ی ن شهوژپ هب

لع ت دودحم ی ت باختنا رد

هب( لزان رطق هزادنا ناونع

ی ک ی زا

اهروتکاف ی امزآ ی ش رادقم ،) α اب ربارب ی ک دش هتفرگ رظن رد .

رگا

رادقم α اب ربارب ی ک حرط نآ هب دشاب

روحم هرهچ یزکرم بکرم

( Face-Centered Central Composite یم هتفگ )

تلاح هک دوش

یزکرم بکرم حرط رد .تسا یزکرم بکرم حرط زا یصاخ هرهچ

لکش 4 ) تلاح رد یزکرم بکرم حرط زا یکیتامش 1

= .α

(6)

هیلا تماخض یاهروتکاف روحم ( اه

( پاچ تعرس ،)A رطق و )B

( لزان حطس هس رد )C 1

،+

0 و 1 - یم رارق یسرربدروم هجوت اب .دنریگ

دادعت و هدشرکذ طیارش هب 3

ًاعومجم ،یزکرم هطقن رد رارکت راب 17

شیامزآ شیپ .دش ینیب

6 - ثحب و جیاتن

1-6 - هیبش یزاس یددع

هزادنا هوحن هیبش جیاتن رد یلکش یبایزاب نازیم یریگ

یددع یزاس

شیامزآ ای لکش رد یبرجت یاه

5 هداد شیامن هجوت اب .تسا هدش

رادقم ،لکش نیا هب ناشن ار یشمخ یلکش یبایزاب نازیم ،R

یم .دهد هزادنا یارب ( شمخ نازیم یریگ

یبایزاب زا سپ )R یلکش

هنومن رد سیلوک زا ،یبرجت یاه

کیکفت تیلباق اب 02

/ 0 یلیم رتم

نیب هلصاف هک دش هدافتسا 2

هزادنا ریت رس یم یریگ

.دوش تلاح رد

ینعی هعطق لوط اب تسا ربارب نآ رادقم هیلوا 60

یلیم رد هک رتم

یم شهاک نآ رادقم یلکش یبایزاب نامه .دبای

صخشم هک روط

رادقم تسا اد سکع هطبار یشمخ یلکش یبایزاب نازیم ابR

.در

لکش 5 ) هزادنا و لکش رییغت هوحن یامن رد یشمخ یلکش یبایزاب یریگ

.یبناج )ب و وربور )فلا هظفاح یاهرمیلپ یکیناکمومرت هخرچ ییامد کیرحت اب یلکش

همانرب دنیآرف لماش هب .تسا یلکش یبایزاب دنیآرف و ندرک یزیر

هشیش لاقتنا یامد ات( امد شیازفا لحارم لامعا ،)رتلااب ای یا

اب عیرس ندرک درس ،لکش رییغت داجیا یارب یجراخ یورین هگن یغت هریخذ یارب( لکش رییغت نتشاد )هدش لامعا لکش ری

همانرب دنیآرف شیپ لامعا( ندرک یزیر

یور رب )شنت شیپ ای شنرک

یم هعطق شخب رد هک یبلاطم هب هجوت اب .دنیوگ هتفگ یلبق یاه

هس پاچ دنیآرف رد ،دش هیلا یدعب

یم ،یبوذ یناشن شیپ نیا ناوت

شیپ ای( شنت رادقم .درک لامعا هعطق هب تخاس نامز رد ار )شنرک

نیا یاهرتماراپ هلمجزا یددعتم یاهرتماراپ هب شنت شیپ یطیحم یاهرتماراپ و هدام عون ،پاچ دنیآرف ییامد و یسدنه

هبساحم یارب .تسا هتسباو طیحم یامد دننام شنت شیپ نیا ی

لامعا هنومن رد هدش هیبش زا شهوژپ نیا رد اه

هب یددع یزاس

مرن کمک نیا لیلد هب .دش هدافتسا سوکابآ رازفا

دنیآرف هک

همانرب یم لامعا هعطق هب ،پاچ نامز رد یزیر هیبش دوش

یزاس

تسد هب فده .دش ماجنا ،یلکش یبایزاب هلحرم یارب یددع

ندروآ

یارب .تسا یلکش یبایزاب رد شمخ نازیم یارب یلامعا شنت شیپ همانرب کمک هب ،رما نیا ققحت ،نوتیاپ یسیون

40 هیبش یددع یزاس

یپ دش ماجنا یپرد

رادقم ات R شنت شیپ رظانتم لامعا یاه

هدش هب

شنت شیپ هزاب .دیآ تسد زا اه

10 ات 50 هتفرگ رظن رد لاکساپاگم

رادقم هک دش R

هزاب رد 15 / 55 ات 57 / 9 یلیم .تفرگ رارق رتم

هنومن هیبش نیا زا یا یزاس

شنت شیپ اب یلکش یبایزاب یاه

( یلامعا 𝜎₁₁ ) 10 ، 20 ، 30 و 40 ر لاکساپاگم یم ا

لکش رد ناوت 6

رادقم هبساحم یارب .درک هدهاشم R

هیبش زا کی ره رد یزاس

یاه

هبل ینایم هطقن ود نیب هلصاف ،یددع یبایزاب زا دعب ریت یاه

،یلکش

هزادنا همانرب کمک هب و دش یریگ ریداقم ،نوتیاپ یسیون

R ره یارب

شیپ رادقم .دمآ تسدب لودج کی بلاق رد ،هدش لامعا شنت

لکش 6 ) هیبش ( یلامعا شنت شیپ اب یلکش یبایزاب یددع یزاس 𝜎₁₁

)

)فلا 10 )ب ، 20 )ج ، 30 )د و 40 .لاکساپاگم

هداد هیبش یاه یزاس

ماجنا یددع یاه لکش رادومن رد هدش

7 ناشن

هیبش جیاتن هب هجوت اب هک .دش هداد نازیم ،یزاس

R شیپ یارب

شنت هب یددعتم یاه

نآ نیب هطبار هک دمآ تسد کمک هب اه

مرن رد ینحنم شزارب هطبار( دش هبساحم لسکا رازفا

2 هب هطبار .)

تسد هلمج دنچ هدمآ ترم یا

هب 4 نوچ دراد یلااب تقد هک تسا

R2

.دش هبساحم کی نآ

لکش 7 ) ( شمخ نازیم رادومن نازیم بسحرب )R

شنت شیپ

( 𝜎₁₁ )

.هدش لامعا