شبیه سازی و پیش بینی عملکرد خمشی پروفیل های چوب پلاستیک با روش اجزای محدود با نرم افزار ANSYS Workbench

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیئت علمی دانشگاه محقق اردبیلی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، گروه چوب و کاغذ

2 - دانش اموخته کارشناسی ارشد فراورده های چند سازه چوب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، - مدیر عامل شرکت چوب پلاست عصر

3 استادیار، گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه زابل، زابل، ایران

10.22034/ijwp.2022.700826

چکیده

در این تحقیق، خواص خمشی پروفیل‌های تولیدی شرکت چوب پلاست عصر هنر اندازه‌گیری و سپس با هدف کاهش هزینه و زمان اندازه‌گیری دقت روش اجزای محدود با نرم‌افزار ANSYS برای پیش‌بینی آنها ارزیابی شد. از اینرو، ابتدا خواص خمشی نمونه‌های کوچک شاهد با طول دهانه 180 میلیمتر انجام شد. مدول الاستیسیته خمشی نمونه‌های کوچک و ضریب پوآسون 3/0به عنوان داده ورودی برای پیش‌بینی استفاده شد. سپس چهار نوع پروفیل توخالی و توپر با طول دهانه 180 و 450 میلیمتر تحت بارگذاری خمش سه نقطه-ای با دستگاه 0308 Hounsfield با سرعت بارگذاری mm/min 5 آزمایش شدند. بنابراین، مقادیر تنش و خیز آنها اندازه‌گیری و با نتایج روش اجزای محدود (FEM) مقایسه شدند. نتایج جدول تجزیه واریانس نشان داد که تاثیر مستقل نوع پروفیل بر MOR معنی‌دار است. همچنین نتایج نشان داد که تاثیر مستقل و متقابل طول دهانه و نوع پروفیل بر MOE از نظر آماری معنی‌دار است. نتایج تاثیر مستقل نشان داد که با افزایش طول دهانه از 180 به 450 میلیمتر، مقدار MOR و MOE به ترتیب %8/8 کاهش و %7/17 افزایش، و با تغییر نوع پروفیل مقدار MOR و MOE به ترتیب %1/33 و %2/24 تغییر کردند. نتایج تاثیر متقابل نشان داد که با تغییر همزمان طول دهانه و نوع پروفیل مقادیر MOR حدود 9/43 درصد و مقدار MOE 6/66 درصد تغییر کرد. نتایج نشان داد که روش اجزای محدود مقدار MOR را با میانگین درصد خطای مطلق (MAPE) کمتر از %03/3 و خیز متناظر آنها را با MAPE کمتر از %25/15 پیش‌بینی کرد. با توجه به خطای رضایتبخش این روش می‌توان روش اجزای محدود را به عنوان روشی کارآمد برای پیش‌بینی خواص مکانیکی این محصولات پیشنهاد کرد.

کلیدواژه‌ها


[1] Ebrahimi, G. and Rostampour-haftkhani, A., 2010. Wood-Plastic Composites (translation). University Of Tehran Press,, 900 p. (In Persian).
[2] Madhoushi, M. and Chavoshi, A., 2012. Investigation on the withdrawal strength of screw, nail and water absorption of Nanoclay-MDF dust-PP composite. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 3 (1), 52-66.
[3] Motie, N., Ebrahimi, G., Tajvidi, M. and Layeghi, M., 2013. Minimizing hot-press time in the manufacturing process of wood plastic composites. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 4 (2), 79-90.
[4] Ansari Movahed, D., Jonoobi, M. and Djafari Petroudy, S.R., 2021. Effects of maleic anhydride and oxidizer on mechanical and contact angle of polypropylene and cellulose nanocrystals composites. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 12 (2), 299-307.
[5] Balasubramanian, K., Rajeswari, N. and Vaidheeswaran, K., 2020. Analysis of mechanical properties of natural fibre composites by experimental with FEA. Materials Today: Proceedings, 28, 1149-1153.
[6] Pujari, S., Ramakrishna, A. and Padal, K.B., 2017. Prediction of swelling behaviour of jute and banana fiber composites by using ANN and regression analysis. Materials Today: Proceedings, 4 (8), 8548-8557.
[7] Srivabut, C., Ratanawilai, T. and Hiziroglu, S., 2021. Statistical modeling and response surface optimization on natural weathering of wood–plastic composites with calcium carbonate filler. Journal of Material Cycles and Waste Management, 23 (4), 1503-1517.
[8] Summerscales, J., Virk, A.S. and Hall, W., 2019 Enhanced rules-of-mixture for natural fibre reinforced polymer matrix (nfrp) composites (comment on lau et al. in volume 136). Composites Part B: Engineering, 160, 167-169.
[9] Venkateshwaran, N. and ElayaPerumal, A., 2011 Modeling and evaluation of tensile properties of randomly oriented banana/epoxy composite. Journal of reinforced plastics and composites, 30 (23), 1957-1967.
[10] Mohamadzadeh, M., Haftkhani, A.R., Ebrahimi, G. and Yoshihara, H., 2012. Numerical and experimental failure analysis of screwed single shear joints in wood plastic composite. Materials & Design, 35, 404-413.
[11] Silva, L.J., Panzera, T.H., Christoforo, A.L., Durão, L.M. and Lahr, F.A.R., 2012 Numerical and experimental analyses of biocomposites reinforced with natural fibres. International Journal of Materials Engineering, 43-49.
[12] Shankar, P.S., Reddy, K.T., Sekhar, V.C. and Sekhar, V., 2013 Mechanical performance and analysis of banana fiber reinforced epoxy composites. International journal of recent Trends in Mechanical Engineering, 1 (4), 1-10.
[13] Prasad, V., Joy, A., Venkatachalam, G., Narayanan, S. and Rajakumar, S., 2014 Finite element analysis of jute and banana fibre reinforced hybrid polymer matrix composite and optimization of design parameters using ANOVA technique. Procedia Engineering, 97, 1116-1125.
[14] Suryawanshi, R.T., Venkatachalam, G. and Vimalanand, S.V., 2016. Determination of stress intensity factor of banana fibre reinforced hybrid polymer matrix composite using finite element method. Periodica Polytechnica Mechanical Engineering, 60 (3), 180-184.
[15] Bi, Z., 2017. Finite element analysis applications: a systematic and practical approach. Academic Press.
[16] Roy, H., Pahlevani, F., Cholake, S., Echeverria, C., Banerjee, A. and Sahajwalla, V., 2018. Simulation of Marine Bio-Composite Using Empirical Data Combined with Finite Element Technique. Journal of Composites Science, 2 (3), 48.
[17] Gupta, U.S., Dhamarikar, M., Dharkar, A., Tiwari, S. and Namdeo, R., 2020. Study on the effects of fibre volume percentage on banana-reinforced epoxy composite by finite element method. Advanced Composites and Hybrid Materials, 3 (4), 530-540.
[18] Pagar, A.H. and Suryawanshi, S., 2021. Finite Element Analysis of Groundnut Shell and Coir Fiber Mix Epoxy Composite Moulding and Testing.
[19] Sathishkumar, G., Mohamed Akheel, M., Ibrahim, M., Rajkumar, G., Karpagam, R. and Gopinath, B., 2021. Experimental and Finite Element Analysis of Lignite Fly Ash on the Mechanical Properties of Sisal-added Polymer Matrix Composite Using ANSYS Workbench. Journal of Natural Fibers, 1-25.
[20] Standardization-CEN, E.C.f. and Standardization-CEN, E.C.f., 2020. EN 310: determination of modulus of elasticity in bending and bending strength. CEN Brussel.
[21] Lewis, C.D., 1982. Industrial and business forecasting methods: A practical guide to exponential smoothing and curve fitting. Butterworth-Heinemann.
[22] Rajesh, M., Srinag, T., Prasanthi, P. and Venkataraovenkatarao, K., 2016 Finite element analysis of coir / Banana fiber reinforced composite material. nternational Journal of Advanced Research inMechanical Engineering & Technology 2(4), 29–33.