تطوير نماذج ضبابية لأمثلية الخواص الميكانيكية في عملية FDM وهندسة طبقة اللحام في عملية WAAM

الباحث

مصطفى محمد عبد الرزاق

المشرف

مهند محمد حسين الخفاجي - عبد القادر علي كدو

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم هندسة الانتاج والمعادن / هندسة الانتاج والمعادن

الشهادة

دكتوراه

السنة

2024

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Fuzzy logic;Fused deposition modeling;Wire arc additive manufacturing;Bead geometry

تقنيات التصنيع بالإضافة احدثت ثورة في مجال التصنيع بتمكينها من التصنيع المباشر للأجزاء المعقدة من نماذج رقمية بتراكب الطبقات واستخدامها لمواد متنوعة كالبلاستك والمعادن والمواد السيراميكية. هذه الاطروحة تركز على خصائص حرجة لعمليتين مختلفتين من عمليات التصنيع بالاضافة متمثلةَ بالخواص الميكانيكية (مقاومة الشد والانضغاط و الحني والصدمة) للأجزاء المصنعة بعملية نمذجة ترسيب المنصهرء وكذلك هندسية طبقة اللحام (عرض وارتفاع الطبقات) وإمكانية تنفيذ اللحام بالأوضاع الغير تقليدية في عملية التصنيع بالإضافة بلحام القوس السلكي. ونتيجة GU فإن الهدف الرئيسي من هذه الدراسة هو تطوير أنظمة تقييم وعمل نماذج تعنى بالحصول على امثلية هذه الخصائص. التجارب التطبيقية لعملية نمذجة ترسيب المنصهر تمت بناءا على طريقة تاكوتشي (1.27) لتصميم التجارب للخواص الميكانيكة للأجزاء المصنعة من babe ال (PLA) بأستخدام اربع متغيرات بثلاث مستويات وهي: سرعة الطباعة (45، + (VO eV مم/ثانية ، و درجة حرارة النوزل (VY 4 :7٠٠١١5٠0( 96 عرض الطبقة المبثوقة )0,14٠ ٠,5 6 + PY) ممء و عدد الجدران (oP eV) بينما كان تحديد مستويات المتغيرات في عملية التصنيع بالإضافة بلحام القوس السلكي لأوضاع اللحام الاربعة (الافقية والتصاعدية والتنازلية والمستوية) بناءا على تجارب ايجاد نسب السرع القابلة للتنفيذ والطاقة وكانت: باربع مستويات للموقع الزاوي (من "١5 الى 555 ) ¢ وثمان مستويات لكلا من سرعة تغذية السلك المصنع من الفولاذ المنخفض الكاربون Ge) )63511( 7,5 الى (V م/دقيقة ، وسرعة انتقال الماكنة (من ٠٠١ الى (TEs مم/دقيقة. تم تطوير نموذج باستخدام المنطق الضبابي بإستخدام برنامج الماتلاب لتقييم المقاومات الميكانيكية من عملية نمذجة ترسيب المنصهرء وثمان نماذج لهندسية الطبقة في عملية التصنيع بالاضافة بلحام القوس السلكي للاوضاع الاربعة بشكلين (طبقات مفردة وطبقات ثنائية). تم استخدام النماذج لأعطاء افضل توليفة للمتغيرات. بالاضافة الى بناء موديلات عكسية في عملية التصنيع بالاضافة بلحام القوس السلكي للتنبؤ بالمدخلات لقيم معينة من هندسية الطبقة. نماذج المنطق الضبابي اعطت توافق جيد بين المخرجات العملية وقيم التنبؤ بمعدل نسبة خطأ )5% 6% 059١١ 3 MHeyKA لكل من مقاومة الشد والانضغاط والحني والصدمة Lill gi في نموذج عملية نمذجة ترسيب المنصهر. ومتوسط معدلات نسب الخطأ لأوضاع اللحام الاربعة في الطبقات المفردة كان ),00:8١ 5 901:51( لكل من عرض وارنفاع الطبقة تواليا، و 90١١١( و 900:727) للطبقات الثانئية. النماذج العكسية اعطت كذلك نتائج مقبولة بمتوسط معدلات نسب الخطأ لأوضاع اللحام الاربعة (%V5+0) لسرعة تغذية السلك و (907:78) لسرعة انتقال الماكنة. تم اجراء تجارب التحقق لتأكيد صحة المخرجات المثلى لنماذج الاوضاء الغير تقليدية باللحام ، وللتحقق ثم اجر ر 2 ج اه وضاع العير نفليدي مغو من النماذج العكسية بأعطاء ارتفاع للطبقة متشابه لمسارات اللحام المختلفة.

Additive Manufacturing (AM) technologies revolutionize the manufacturing sector by allowing the direct fabrication of complex structures from digital models, layer by layer, using numerous materials, such as plastics, metals, and ceramics. This work focuses on studying the critical characteristics of two different AM processes represented by the mechanical properties of the printed parts (tensile strength, compressive strength, flexural strength, and impact strength) using Fused Deposition Modeling (FDM) process, and the bead geometry (bead width and height) as well as the feasibility of the out-of-position welding in the Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) process. As a result, the main objective of this study is to develop evaluation systems and to conduct optimization models of such characteristics. The FDM practical experiments have been carried out based on Taguchi L27 experimental design for the the PLA parts mechanical properties using four parameters in three levels, namely, printing speed (45, 60,70) m/s, nozzle temperature (190, 200, 210) Co, extrusion width (0.36, 0.5, 0.64) mm, and number of shells (2, 3, 4), while selecting the WAAM parameters’ levels for four welding positions (horizontal, vertical up, vertical down, and flat position) was achieved using (G3Si1) welding wire based on the experiments of finding the feasible speed ratios and line energy. There were four levels for the angular position (15o to 55o), eight levels for each wire feed speed (2.4 to 7) m/min, and machine travel speed of (200 to 640) mm/min. A fuzzy-logic based model was developed using MATLAB software for evaluating the FDM mechanical strengths, and eight models were used for the WAAM bead geometry of the four welding positions in two structures (single-layer and double-layer beads). The models were used to give the optimum combination of parameters and to build reverse models in the WAAM process to predict the required input parameters for a target value of bead geometry. The fuzzy logic models gave good agreements between the experimental outcomes and the predicted values with average percentage error of (1.3%, 0.38%, 1.09%, and 2.11%) for each of the tensile, compressive, flexural, and impact strengths, respectively, in the FDM model. Furthermore, the mean of the average percentage error for the four models of the welding positions in the single layer was (1.41% and 0.81%) for each of the bead width and height, respectively, and (1.07% and 0.77%) for the double layer structure. The reverse models also gave an acceptable result with a mean of the average percentage error for the four models of the welding positions (2.05%) for the wire feed rate and (2.78%) for the machine travel speed. A verification experiments have been carried out to validate the optimum outputs in the out-of-position welding models and to verify the reverse models by giving similar bead heights for different welding paths.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب