پیوندهای مفید
آمار
| تعداد نشریات | 21 |
| تعداد شماره‌ها | 622 |
| تعداد مقالات | 9,157 |
| تعداد مشاهده مقاله | 67,491,254 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 8,020,968 |
مدل سازی سامانه کوره پرس ایزواستاتیک داغ و کنترل همزمان دما و فشار جهت استفاده در تولید قطعات فلزی و سرامیکی با خواص مکانیکی بهبود یافته | ||
| مدل سازی در مهندسی | ||
| دوره 23، شماره ویژه 81، تیر 1404، صفحه 109-121 اصل مقاله (1.17 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22075/jme.2024.33989.2659 | ||
| نویسندگان | ||
| مسلم حیدری1؛ هادی اردینی* 2؛ سیدسلمان سیدافقهی1 | ||
| 1مرکز مواد پیشرفته و نانوفناوری دانشکده و پژوهشکده فنی و مهندسی، دانشگاه جامع امام حسین ع، تهران، ایران | ||
| 2پژوهشکده کاربرد پرتوها، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، تهران، ایران | ||
| تاریخ دریافت: 12 اردیبهشت 1403، تاریخ بازنگری: 20 آبان 1403، تاریخ پذیرش: 05 آذر 1403 | ||
| چکیده | ||
| یکی از فناوری های بسیار پیشرفته جهت ساخت آلیاژهای فلزی، سرامیک‌های مهندسی و کامپوزیت‌های پیشرفته، فناوری کوره پرس ایزواستاتیک داغ (هیپ ) می‌باشد و قطعات حساس در حوزه های فضایی، دریایی و پزشکی مانند فولاد و پروتز با بهره گیری از این فناوری تولید می‌گردند. در این پژوهش، دما بالا و همزمان فشار بالا با گاز خنثی آرگون یا نیتروژون در هیپ ایجاد و نگهداشت می‌گردد. دقت ردیابی دما و فشار بر کیفیت ماده مورد پخت (تفجوشی) تاثیر بسزایی خواهد داشت و عامل اصلی کیفیت محصول نهایی می‌باشد. بدین منظور در ابتدا نیاز به دستیابی به یک مدل مناسب از زیرسامانه های هیپ و تجمیع آنها است که زیرسامانه ها در نرم افزار متلب-سیمولینک مدل سازی و پیاده سازی شده است. در قدم دوم کنترل دما و فشار با قیود و پارامترهای مدنظر در فرآیندهای تولید قطعات فلزی یا سرامیکی است. نتایج شبیه‌سازی نشان داده است که سیستم کنترل طراحی شده، قادر به ردیابی دقیق پروفایل‌های دما و فشار تعریف شده است. با استفاده از این سامانه، می‌توان به طور مؤثر دما و فشار را در محدوده 2000 درجه سانتیگراد و 2000 اتمسفر برای مدت حدود یک ساعت حفظ نمود و در نتیجه، قطعات با خواص مکانیکی مطلوب تولید کرد. همچنین، سیستم کنترل طراحی شده، قابلیت اطمینان خوبی در برابر تغییرات پارامترهای فرآیند و نویزهای محیطی از خود نشان داده است. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| هیپ؛ متلب؛ مدل سازی؛ ردیابی همزمان دما و فشار بالا؛ کنترل کلاسیک | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Modeling of the Hot Isostatic Press Furnace System and Simultaneous Control of Temperature and Pressure for Use in the Production of Metal and Ceramic Parts with Improved Mechanical Properties | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Moslem Heidari1؛ Hadi Ardiny2؛ Seyyed Salman Seyyed Afghahi1 | ||
| 1Advanced Materials and Nanotechnology Research Center, Imam Hossein University, Tehran, Iran | ||
| 2Radiation Applications Research School, Nuclear Science and Technology Research Institut, Tehran, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| One of the most advanced technologies for making metal alloys, engineering ceramics, and advanced composites is hot isostatic press furnace (HIP) technology, and sensitive parts in space, marine, and medical fields such as steel and prosthetics are made using this technology. In this research, very high temperatures and simultaneously high pressure are created and maintained in the hip with argon or nitrogen-neutral gas. The accuracy of tracking temperature and pressure will significantly impact the quality of the material to be sintered, and the main factor is the quality of the final product. For this purpose, first of all, it is necessary to obtain a suitable model of HIP subsystems and their aggregation, which subsystems are modeled and implemented in MATALB-Simulink software. In the second step, temperature and pressure are controlled with limitations and parameters considered in the production processes of metal or ceramic parts. The simulation results showed that the designed control system can accurately track the defined temperature and pressure profiles. By using this system, it is possible to effectively maintain the temperature and pressure in the range of 2000 degrees Celsius and 2000 bar for about an hour, and as a result, parts with desirable mechanical properties can be produced. Also, the designed control system has shown reliability against changes in process parameters and environmental noises. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| HIP, MATLAB, Modeling, Simultaneous tracking of the temperature and pressure, PID | ||
| مراجع | ||
|
[1] I. Tanaka, G. Pezzotti, T. Okamoto, Y. Miyamoto, and M. Koizumi. “Hot Isostatic Press Sintering and Properties of Silicon Nitride without Additives.” J. Am. Ceram. Soc. 72, no. 9 (1989): 1656–1660 [2] M. Koizumi and M. Nishihara. “Isostatic Pressing: Technology and Applications.” Springer Science Business Media,1991 [3] F.X. Zimmerman. “Hot isostatic pressing: today and tomorrow.” J. Mater. Sci. Technol 1, (2008): 1-11 [4] H.V. Atkinson and S. Davies. “Fundamental aspects of hot isostatic pressing: An overview.” Metall. Mater. Trans. A 31, no. 12 (2000): 2981–3000 [5] G.R. Vadolia, K.P. Singh, M.K. Gupta, B. Doshi, and V. Rathore. “Introduction to Isostatic Pressing and Its Optimization.” in Modeling and Optimization in Manufacturing: Toward Greener Production by Integrating Computer Simulation, Wiley, (2021): 157–192 [6] “EPSI.” Accessed: May 04, 2023. [Online]. Available: https://epsi-highpressure.com/en/service [7] A. Samii, A. Akram, and H. Ardiny. “Comparison of PI and Adaptive Fuzzy Controllers for Position Tracking of Servo System with Variable Loaded BLDC Motor.” 10th RSI International Conference on Robotics and Mechatronics, IEEE, Nov. 2022, pp. 254–260, 2022. [8] M.N. Gussev, N. Sridharan, Z. Thompson, K.A. Terrani, and S.S. Babu. “Influence of hot isostatic pressing on the performance of aluminum alloy fabricated by ultrasonic additive manufacturing.” Scr. Mater 145 (2018): 33–36 [9] F. Wu. “LMI-based robust model predictive control and its application to an industrial CSTR problem.” J. Process Control 11, no. 6 (2001): 649–659 [10] P. Kumar, J.B. Rawlings, and P. Carrette. “Modeling proportional–integral controllers in tracking and economic model predictive control.” J. Process Control 122, (2023): 1–12 [11] Q. Zou, A. Ji, S. Zhang, M. Shi, and Y. Luo. “Model predictive control based on particle swarm optimization of greenhouse climate for saving energy consumption.” in 2010 World Automation Congress, WAC 2010, pp. 123–128, 2010 [12] Z. Chen, J. Cui, Z. Lei, J. Shen, and R. Xiao. “Design of an Improved Implicit Generalized Predictive Controller for Temperature Control Systems.” IEEE Access 8 (2020): 13924–13936. [13] X. Kong, X. Liu, and K.Y. Lee. “Nonlinear multivariable hierarchical model predictive control for boiler-turbine system.” Energy 93 (2015): 309–322 [14] D. Kolokotsa, D. Tsiavos, G. Stavrakakis, K. Kalaitzakis, and E. Antonidakis. “Advanced fuzzy logic controllers design and evaluation for buildings’ occupants thermal–visual comfort and indoor air quality satisfaction.” Energy Build 33, no. 6 (2001): 531–543 [15] M. Hemmat Esfe et al. “Theoretical -Experimental study of factors affecting the thermal conductivity of SWCNT-CuO (25:75)/water nanofluid and challenging comparison with CuO nanofluids/water.” Arab. J. Chem 16, no. 5 (2023): 104689 [16] M. Hemmat Esfe, S. Alidoust, S.N. Hosseini Tamrabad, D. Toghraie, and H. Hatami. “Thermal conductivity of MWCNT-TiO2/Water-EG hybrid nanofluids: Calculating the price performance factor (PPF) using statistical and experimental methods (RSM).” Case Stud. Therm. Eng 48, (2023): 103094 [17] M.H. Bocanegra-Bernal. “Hot Isostatic Pressing (HIP) technology and its applications to metals and ceramics.” J. Mater. Sci 39, no. 21 (2004): 2004 [18] S. Shoaee, M. Bakouei, M.M. Behzadi, and M. Taghipoor. “Numerical investigation of affecting parameters on the thermal and dynamic performance of a hot isostatic pressing furnace.” Sharif J. Mech. Eng 38.3, no. 1 (2022): 85–97 [19] M. Heidari, H. Adriny. “Applying a supervisory control system based on a petri net model for fault tolerant handling of AUVs in water ingress accidents.” Iran. J. Mar. Sci. Technol 25 (2021): 1-14 [20] M. Gopinathan, R.K. Mehra, and J.C. Runkle. “A model predictive fault-tolerant temperature control scheme for hot isostatic pressing furnaces.” in Proceedings of the 1999 American Control Conference (Cat. No. 99CH36251), IEEE, pp. 637–641 vol.1., 1999 [21] R. Baccino and F. Moret. “Numerical modeling of powder metallurgy processes.” Mater. Des 21, no. 4 (2000): 359–364 [22] B.P. Ganthia, L. Ray, P. Senapati, and S.K. Barik. “Simulation of three phase voltage controlled soft switching start of induction motor drive.” Int. J. Recent Technol. Eng 8, no. 3 (2019): 8104–8116. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 21 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 10 |
||