بررسي تجربي و ارايه مدل براي پيش‌بيني رفتار تراكم پودرهاي فلزي و سراميكي تحت بار ضربه‌اي

Experimental investigation and a model presentation for predicting the behavior of metal and alumina powder compaction under impact loading

هدف از اين مقاله، بررسي تجربي و عددي خواص مكانيكي قطعه توليد شده با فرايند تراكم پودر تحت بارگذاري ضربه اي با نرخ پايين توسط سامانه چكش پرتابه اي است. در بخش تجربي، به بررسي تاثيرپذيري چگالي، مقاومت خمشي و مدول الاستيسيته قطعه توليدي از اندازه دانه و سطوح انرژي متفاوت پرداخته مي شود. در اين راستا از دو نوع پودر آلومينيوم خالص و همچنين تركيب آن با سراميك در سه اندازه متفاوت استفاده مي شود. در بخش عددي، روش تحليل ابعادي بكار گرفته مي‌شود كه در اين روش با استفاده از مشخصه و داده‌هاي تجربي كه به‌صورت ورودي و خروجي دسته‌بندي مي‌شوند، مدل هاي بي‌بعدي براي چگالي، مقاومت خمشي و مدول الاستيسيته به شكل توابع رياضي ارايه مي شود. هدف از تعيين اين مدل، پيش‌بيني قابل‌اطمينان و رضايت بخشي براي خواص نهايي قطعه تحت شرايط بارگذاري ضربه اي است. براي محاسبه بردار ضرايب خطي از روش تجزيه مقادير منفرد حاصل از پارامترهاي بي‌بعد استفاده مي شود. براي اعتبارسنجي نتايج به‌دست ‌آمده از توابع رياضي ارايه‌ شده، مقايسه اي بين اين نتايج و داده هاي تجربي انجام مي شود. بررسي خطاي داده هاي آموزشي و پيش‌بيني بر اساس مجذور ميانگين مربعات خطاها و ضريب تبيين نشان مي‌دهد كه نتايج به‌دست‌آمده از توابع رياضي صحت قابل قبولي را دارند؛ بنابراين، استفاده از مدل هاي رياضي ارايه‌ شده براي خواص نهايي قطعه تحت بارگذاري ضربه اي مطلوب است.

The purpose of this paper is to investigate those products that are produced by powder compaction procedure under the low rate impact loading by a drop hammer, both theoretically and numerically. Experimental section includes checking the efficiency of density, bending strength and elasticity modulus of the product from grain size and different levels of energy. Two kinds of pure aluminum powder in three different sizes and also their combination with ceramic are used to obtain this. In the numerical section, dimension analysis method is applied in which non-dimensional models for density, bending strength, and elasticity modulus are presented in the form of mathematical functions by means of experimental characteristics and data which are categorized to input and output. The purpose of determination of this model is to reach a reliable and satisfactory prediction for final properties of products subjected to impact loading condition. It is worth noting that singular value decomposition approach is used for calculation of linear coefficients vector which has been obtained by non-dimensional parameters.A comparison between these results and experimental data is done by mathematical functions in order to validate the results. The investigation of training and prediction data errors which has been based on root of mean of squares of error and coefficient of determination shows that the obtained results through mathematical functions have acceptable accuracy; hence utilization of the presented mathematical models for predicting the final properties of product subjected to impact loading is desirable.