بررسی عددی مکانیزم بهبود عمر خستگی آلیاژ آلومینیوم ۲۰۲۴-T۳۵۱ از طریق بهینه سازی شدت برخورد و قطر ساچمه در فرآیند شات پینینگ

فرآیند شات پینینگ به عنوان یکی از موثرترین روش های مهندسی سطح، با ایجاد تنش های پسماند فشاری و تغییر شکل پلاستیک کنترل شده، نقش مهمی در افزایش مقاومت خستگی قطعات فلزی ایفا می کند. در این پژوهش، اثر قطر و سرعت ساچمه بر رفتار مکانیکی و عمر خستگی آلیاژ آلومینیوم 2024-T351 به صورت عددی و با استفاده از نرم افزار ABAQUS مورد بررسی قرار گرفت. چهار حالت مختلف شامل ساچمه های S230 و S330 با سرعت های 50 و 65 متر بر ثانیه شبیه سازی شدند و توزیع تنش پسماند، عمق ناحیه تغییر شکل پلاستیک و عملکرد خستگی نمونه ها ارزیابی شد. نتایج نشان داد افزایش هم زمان قطر و سرعت ساچمه موجب افزایش شدت و عمق تنش های پسماند فشاری، گسترش ناحیه تغییر شکل پلاستیک و بهبود چشمگیر مقاومت خستگی می شود. بیشترین عملکرد مربوط به ساچمه S330 با سرعت 65 متر بر ثانیه بود که با ایجاد بیشترین تنش پسماند فشاری، افزایش حدود 30 درصدی عمر خستگی را نسبت به شرایط پایه به همراه داشت. یافته های این پژوهش نشان می دهد انتخاب بهینه پارامترهای شات پینینگ می تواند به طور موثری دوام و قابلیت اطمینان قطعات آلیاژ آلومینیوم را در کاربردهای حساس، به ویژه صنایع هوافضا و خودروسازی، افزایش دهد

کلمات کلیدی :شات پینینگ، آلیاژ آلومینیوم 2024-T351، عمر خستگی، تنش پسماند فشاری، تحلیل عددی، ABAQUS

روش پژوهش:
این پژوهش از نوع مطالعه عددی–شبیه سازی است که با استفاده از روش المان محدود در نرم افزار ABAQUS/Explicit انجام شده است. به منظور بررسی اثر پارامترهای فرآیند شات پینینگ، چهار حالت شامل دو قطر ساچمه (S230 و S330) و دو سرعت برخورد (50 و 65 متر بر ثانیه) بر روی آلیاژ آلومینیوم 2024-T351 شبیه سازی شد. سپس توزیع تنش های پسماند، تغییر شکل پلاستیک و عمر خستگی نمونه ها تحلیل و نتایج به صورت مقایسه ای ارزیابی شدند تا شرایط بهینه فرآیند تعیین گردد.

نتیجه گیری
نتایج تحلیل های عددی نشان داد که افزایش قطر و سرعت ساچمه در فرآیند شات پینینگ موجب افزایش تنش های پسماند فشاری، گسترش ناحیه تغییر شکل پلاستیک و در نهایت بهبود قابل توجه عمر خستگی آلیاژ آلومینیوم 2024-T351 می شود. در میان شرایط بررسی شده، استفاده از ساچمه S330 با سرعت 65 متر بر ثانیه بهترین عملکرد را داشته و به عنوان شرایط بهینه فرآیند برای افزایش دوام و مقاومت خستگی قطعه معرفی شد.

دستاورد صنعتی
یافته های این پژوهش می تواند مبنایی برای بهینه سازی پارامترهای شات پینینگ در تولید قطعات آلومینیومی حساس باشد و با افزایش عمر خستگی، کاهش احتمال شکست و هزینه های تعمیر و نگهداری، قابلیت اطمینان و بهره وری قطعات مورد استفاده در صنایع هوافضا، خودروسازی و حمل ونقل را به طور موثر ارتقا دهد.