فهرست مطالبفهرست مطالب.. هشتفهرست شکلها.. يازدهفهرست جدولها.. چهاردهچکيده.. 1فصل اول: مقدمه 1-1تاريخچه.. 2فصل دوم: انواع رينگهای آببندی 2-1مقدمه.. ٦2-2آببندهای او- رينگی.. 72-3آببندهای يو- رينگی.. 122-٤آببندهای وی- رينگی.. 122-٥آببندهای سی- رينگی.. ١٤2-٦آببندهای بر اساس طرح بريجمن.. ١٥فصل سوم: پليمرها و خواص مکانيکی آنها3-1مقدمه.. 223-2الاستومرها.. 2٤3-2-1رفتار مواد الاستيک. 253-2-2رفتار تنش- کرنش مواد الاستيک. 263-2-3مدلهای ارائه شده از تابع انرژی کرنشی. 273-3پلاستيکها.. 31 3-3-1خواص مکانيکی پلاستيکها. 32فصل چهارم: مدلسازی مواد انتخابی برای آببند٤-1مقدمه.. ٤١٤-2انتخاب جنس آببند.. ٤١٤-2-1پلیآميدها (نايلون). 42٤-2-2پلیاتيلن. 42٤-2-3NBR.. 43٤-2-٤سيليکون. 44٤-3انجام آزمون.. ٤٤٤-3-1آزمون کشش تک محوره. 44٤-3-2آزمون فشار تک محوره. 48٤-3-3آزمون رهايی از تنش. 50٤-3-٤آزمون سختی. 53٤-٤مدلهای ساختاری.. ٥٤٤-٤-1شبيهسازی رفتار NBR و سيليکون. 554-4-2شبيهسازی رفتارPA6، UHMWPE-glass و UHMWPE-ceramic. 56فصل پنجم: ارائه و تحليل نتايج٥-1مقدمه.. ٥٧ ٥-2انبساط سيلندر و انقباض پيستون.. ٥٨٥-3شکل آببند.. ٦٠٥-٤فشار آببندی.. ٦٩فصل ششم: نتيجهگيری و پيشنهاد٦-1نتيجهگيری.. 73٦-2پيشنهاد.. ٧٤پيوست الف.. 75مراجع.. 76فهرست شکلهاعنوانصفحهشکل 1‑1- مقطع طولی از يک سيستم ترمز هيدروليکی [2] 3شکل 1‑2- بزرگنمايی بخشی از شکل 1‑1 شامل او- رينگ لاستيکی [2] 3شکل 2‑1- مجموعهیآببند شامل رينگ لاستيکی و گلند [9] 7شکل 2‑2- توزيع فشار در او- رينگ [11].. 8شکل 2‑3- رابطهی بين سختی او- رينگ و ميزان لقي و فشار سيال [9] 9شکل 2‑4- قابليت ارتجاعی او- رينگ [11].. 10شکل 2‑5- تزريق رينگ به داخل لقی برای فشار نزديک bar100 10شکل 2‑6- رينگ پشتيبان برای او- رينگ [11].. 11شکل 2‑7- يو- رينگ.. 12شکل 2‑8- وی- رينگ [13].. 13شکل 2‑9- نوعی آببند وی- رينگی برای فشار بسيار قوی [12] 14شکل 2‑10- سی- رينگ [13].. 14شکل 2‑11- نمايش سطح جبران نشدهی فشار در آببندهای طرح بريجمن [14] 15شکل 2‑12- آببندهای محوری [11].. 15شکل 2‑13- آببندهای شعاعی [11].. 16شکل 2‑14- نوعی آببند پيندار برای فشار بسيار قوی [14] 17شکل 2‑15- نوعی آببند بوشی برای فشار بسيار قوی [14] 18شکل 2‑16- نوعی آببند رينگی برای فشار بسيار قوی [14] 19شکل 2‑17- نوعی آببند رينگی برای فشار بسيار قوی [14] 19شکل 2‑18- نوعی آببند پيستون مخروطی برای فشار بسيار قوی [14] 20شکل 2‑19- نوعی آببند پيستون رينگی برای فشار بسيار قوی [14] 20شکل 3‑1- دستهبندی مواد پليمری.. 23شکل 3‑2- مدل ماکسول.. 35 شکل 3‑3- مدل کلوينيا وُيت.. 38شکل 4‑1- عبور سيال از ميان لقی موجود بين اجزای سازنده يک سيستم [10].. 42شکل 4‑2- نمونهی سيليکون ماشينکاری شده آزمون کشش 45شکل 4‑3- الف) نمونهی NBR و ب) نمونهی سيليکون آزمون کشش تک محوره 45شکل 4‑4- الف) نمونهی NBR و ب) نمونهی سيليکون حين آزمون کشش 45شکل 4‑5- الف) نمونهی NBR و ب) نمونهی سيليکون پس از آزمون کشش 46شکل 4‑6- منحنیهای تنش- کرنش NBR و سيليکون.. 46شکل 4‑7- منحنیهای تنش- کرنشPA6، UHMWPE-glass، UHMWPE-ceramic [21] 47شکل 4‑8- منحنی تنش- کرنش نمونهی NBR طی چند دوره بارگذاری- باربرداری.. 47شکل 4‑9- منحنی تنش- کرنش نمونهی سيليکون طی چند دوره بارگذاری- باربرداری.. 48شکل 4‑10- نمونهی سيليکون آزمون فشار تک محوره.. 48شکل 4‑11- منحنی تنش- کرنش نمونهی سيليکون تحت فشار تک محوره 49شکل 4‑12- نمونهی آزمون فشار سيليکون پس از شکست 49شکل 4‑13- نمونهی سيليکون تحت فشار.. 50شکل 4‑14- منحنی حاصل از آزمون رهايی از تنش نمونهی NBR 50شکل 4‑15- منحنی حاصل از آزمون رهايی از تنش نمونهی سيليکون 51شکل 4‑16- نتايج حاصل از آزمون رهايی از تنش نمونهی PA6 [21] 51شکل 4‑17- نتايج حاصل از آزمون رهايی از تنش نمونهی UHMWPE-glass [21].. 52شکل 4‑18- نتايج حاصل از آزمون رهايی از تنش نمونهی UHMWPE-ceramic [21].. 52شکل 4‑19- نمونههای سيليکونی برای آزمون سختی.. 53شکل 4‑20- دستگاه اندازهگيری سختی.. 53شکل 4‑21- مقايسه نتايج توابع انرژی مختلف با دادههای تجربی برای NBR.. 55شکل 4‑22- مقايسه نتايج توابع انرژی مختلف با دادههای تجربی برای سيليکون.. 56شکل 5‑1- مخزن فشار بالا.. 57شکل 5‑2- جابهجايی سيلندر تحت فشار سيال.. 58شکل 5‑3- تغيير شکل سيلندر تحت فشار.. 59 شکل 5‑4- جابهجايی پيستون تحت فشار سيال.. 59شکل 5‑5- تغيير شکل پيستون تحت فشار.. 60شکل 5‑6- استفاده از وی- رينگ (الف) و سی- رينگ (ب) برای طراحی مورد نظر.. 61شکل 5‑7- تغيير شکل وی- رينگ تحت فشار.. 61شکل 5‑8- تغيير شکل سی- رينگ تحت فشار.. 61شکل 5‑9- استفاده از او- رينگ برای طراحی مورد نظر 62شکل 5‑10- تغيير شکل او- رينگ تحت فشار.. 63شکل 5‑11- آببند طراحی شده.. 63شکل 5‑12- تغيير شکل آببند طراحی شده تحت فشار.. 64شکل 5‑13- ساده سازی مسئله به صورت متقارن محوری 64شکل 5‑14- اعمال مستقيم فشار سيال روی آببند.. 65شکل 5‑15- تغيير شکل آببند تحت فشار مستقيم سيال 65شکل 5‑16- تغيير شکل آببند تحت فشار سيال با استفاده از تشديدکننده 66شکل 5‑17- شبيهسازی تغيير شکل تشديدکننده.. 66شکل 5‑18- تغيير شکل تشديدکننده تحت فشار سيال.. 67شکل 5‑19- حرکت تشديدکننده به سمت پايين بدون محدوديت 67شکل 5‑20- ايجاد پله روی پيستون.. 68شکل 5‑21- فشار سيال موجود در لقی بين سيلندر و تشديدکننده 68شکل 5‑22- اندازههای متفاوت مش برای آببند.. 69شکل 5‑23- فشار آببندی برای PA6. 70شکل 5‑24- فشار آببندی برای UHMWPE-glass. 70شکل 5‑25- فشار آببندی برای UHMWPE-ceramic. 71شکل 5‑26- فشار آببندی برای NBR.. 71شکل 5‑27- فشار آببندی برای سيليکون.. 72فهرست جدولها عنوانصفحهجدول 4‑1- ضرايب مدل آگدن NBR و سيليکون.. 56جدول 4‑2- ضرايب مدل الاستيک PA6، UHMWPE-glass و UHMWPE-ceramic. 56چکيدهامروزه در صنايع مختلفی همچون صنايع هوا فضا، انرژی اتمی، صنايع شيميايی، پالايشگاهها، صنايع پتروشيمی و … نياز به استفاده از مکانيزمهايی با فشار بالا میباشد تا امکان انجام و تکميل فرآيندهای مربوطه فراهم شود. افزايش فشار درون محفظهای سيلندری شکل انجام میگيرد و در نتيجه چنين محوطهای بايد در مقابل نفوذ سيال درون محفظه به بيرون آن، آببند باشد. با بالا رفتن فشار مشکلات فراوانی در زمينهی نشست سيال پديد میآيد چرا که با پيشرفت فرآيند، اختلاف فشار بيرون و درون سيستم افزايش يافته و در نتيجه، تمايل سيال به نشست افزايش میيابد. به گونهای که مخزن موجود مانند بمبی میشود که کوچکترين اخلال در سيستم آببندی موجب نشت و حتی انفجار و خسارات جبران ناپذيری میگردد. بنابراين برای انجام چنين فرآيندهايی (فرآيندهای فشار بالا)، آببندی ايمن از ضروریترين نيازهاست. اين پژوهش به طراحی يک آببند فشار بالا بر اساس طرح بريجمن میپردازد، به گونهای که با استفاده از فشار سيال و افزايش آن توسط مجموعهی آببند عمليات آببندی با اطمينان صورت گيرد. برای بررسی عملکرد آببند از شبيهسازی به کمک نرمافزار آباکوس استفاده شده است. رينگهای مختلف آببندی بررسی میگردد و در نهايت رينگی که بتواند علاوه بر ايجاد فشار کافی (فشاری بيش از فشار سيال)، توزيع يکنواختتری از فشار را داشته باشد (به منظور جلوگيری از آسيب آببند)، انتخاب میگردد.در اين پژوهش از PA6، UHMWPE-glass، UHMWPE-ceramic، NBRو سيليکون برای آببند فشار بالا استفاده شده است. PA6، UHMWPE-glass، UHMWPE-ceramic رفتار الاستو- پلاستيک و تابع زمان دارند. از اين رو، برای شبيهسازی آنها از مدلهای الاستيک و ويسکوالاستيک استفاده میشود. NBRو سيليکون رفتار هايپرالاستيک و تابع زمان دارند و برای شبيهسازی آنها از مدلهای هايپرالاستيک و ويسکو الاستيک استفاده میشود.کلمات کليدی: آببندی، فشار بالا، بريجمن، پليمرها، هايپرالاستيکمقدمهلوندبرگ[1] در سال 1896 در سوئد اولين اختراع مربوط به او- رينگ را به ثبت رسانيد. در سال 1937 کريستنسن[2] در آمريکا اختراعی را ثبت کرد که در آن برای بهبود آببندی در يک سيستم ترمز هيدروليکی از رينگهای لاستيکی استفاده کرده است. يک مقطع طولی از اين سيستم در شکل 1‑1 نشان داده شده است.در شکل 1‑2 بزرگنمايی بخشی از شکل 1‑1 شامل او- رينگ لاستيکی مشاهده میشود. اين او- رينگ از لاستيک تراکمپذير با دانسيتهی بالا ساخته شده است.در ابتدا او- رينگ، به عنوان يک آببند ساده و مستحکم در سيستمهای هيدروليکی، توسط صنعت هواپيمايی در طول جنگ جهانی دوم (19٤5-1939) به کار گرفته شد اما از سال 1950 استفاده از آن توسط خودروسازان و صنايع ديگر بسيار گسترش يافت [1]، [2].شکل 1‑1- مقطع طولی از يک سيستم ترمز هيدروليکی [2]شکل 1‑2- بزرگنمايی بخشی از شکل 1‑1 شامل او- رينگ لاستيکی [2]تاکنون نمونههاي زيادی از شبيهسازی لاستيک به کمک اجزا محدود انجام شده، که در ادامه به چند مورد از آنها اشاره میشود.در همهی اين موارد برای مدل کردن لاستيک از تابع مونی- ريولين استفاده شده که به غير از مورد چهارم، پارامترهای اين تابع از دادههای آزمون کشش تک محوره بهدست آمدهاند. در مورد چهارم تاسورا وهمکارانش پارامترهای متفاوتی را برای تابع مونی- ريولين در نظر گرفته و با استفاده از دادههای تجربی و روش کمترين مربعات بهترين پارامترها را انتخاب کردهاند.آببندها يکی از مفيدترين طرحهايی هستند که تا کنون ساخته شدهاند و امروزه کاربرد بسيار گستردهای دارند. قطعاً بدون آنها بسياری از محصولات نمیتوانستند به بازار راه پيدا کنند.برخی از ويژگیهای او- رينگ که باعث شده از ابتدا تا کنون برای آببندی بهکار رود، عبارتند از: J. O. Lundberg[1][2] Christensen