شماره ركورد
33943
پديد آورنده
احسان درچه پور
عنوان
ساخت نمونه آزمايشگاهي باسبار دولايه مس - آلومينيوم
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/07/30
استاد راهنما
دكتر رامين هاشمي
استاد مشاور
-
دانشكده
مهندسي مكانيك
چكيده
افزايش هزينههاي تأمين مس و ضرورت كاهش وزن در تجهيزات توزيع و كنترل انرژي، پژوهش درباره ساختارهاي هيبريدي را در جايگاه نخست اولويتهاي طراحي باسبار قرار داده است. در اين پژوهش، بهمنظور تحقق تعادلي ميان رسانايي الكتريكي، پايداري حرارتي و بهينهسازي هزينه و وزن، ساخت و ارزيابي عملكرد باسبار دولايه مس - آلومينيوم با استفاده از روش نورد پيوندي مورد مطالعه قرار گرفت. شايان ذكر است كه در مطالعات پيشين ساخت اين نوع باسبارها با روشهايي نظير اتصالات مكانيكي، جوش اصطكاكي يا ساير روش¬هاي مبتني بر جوشكاري انجام شده كه هر يك با چالشهايي از قبيل ناپيوستگي سطح تماس، افزايش مقاومت تماسي و كاهش پايداري حرارتي در شرايط بارگذاري شديد مواجه بودهاند؛ در پژوهش حاضر تلاش شد اين محدوديتها با بهكارگيري نورد پيوندي كاهش يابد و پيوندي يكنواخت و پايدار ميان لايههاي مس و آلومينيوم برقرار گردد. پس از توليد نمونهها، مجموعهاي آزمونهاي الكتريكي، حرارتي و مكانيكي شامل اندازهگيري مقاومت ويژه، آزمون افزايش دما، آزمون اتصال كوتاه استاندارد، آزمون كشش و استحكام لايهكني بر روي نمونهها اجرا و تحليل گرديد. نتايج نشان داد كه مقاومت ويژه ساختار دولايه %1/29 بيشتر از نمونهي مسي است و بر همين اساس، رسانايي الكتريكي آن حدود %6/22 كمتر از مس برآورد ميشود. با توجه به آزمون¬هاي انجام گرفته، توزيع دما در طول نمونه يكنواخت گزارش شد و نمونهي دولايه در آزمون اتصال كوتاه رفتار قابل قبولي را از خود نشان داد. بررسيهاي ميكروسكوپي بيانگر آن بود كه سطح پيوند تميز، پيوسته و عاري از ترك يا تخلخل است و خواص مكانيكي پيوند در بازههاي مورد انتظار قرار گرفته است. در ادامه، با استفاده از شاخصهاي ارزيابي بهرهوري از ديد وزن و هزينه، نشان داده شد كه طراحي دولايه مس - آلومينيوم ميتواند ضمن حفظ خواص الكتريكي و حرارتي مورد نياز، %46 كاهش جرم و %57 كاهش هزينهي مواد اوليه نسبت به باسبار تماممسي فراهم سازد؛ بهطوريكه شاخص راندمان جرمي براي نمونهي دولايه %5/143 و شاخص راندمان هزينهاي %5/179 بهدست آمد؛ به بيان ديگر، رسانايي مؤثر بر واحد جرم %5/43 و بر واحد هزينه %5/79 بيشتر از مس است. در مجموع، ساخت باسبار هيبريدي به روش نورد پيوندي بهعنوان راهكاري عملي، پايدار و اقتصادي براي توسعه باسبارهاي تركيبي در صنايع قدرت پيشنهاد شده است.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/08/10
عنوان به انگليسي
Manufacturing a laboratory sample of a copper-aluminum bilayer busbar
تاريخ بهره برداري
10/22/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
احسان درچه پور
چكيده به لاتين
The increasing cost of copper procurement and the growing demand for weight reduction in power distribution and control systems have positioned research on hybrid structures at the forefront of modern busbar design. In this study, to attain an optimal balance among electrical conductivity, thermal stability, and the optimization of both cost and weight, the fabrication and performance assessment of a laminated Cu–Al busbar produced through the roll bonding process were investigated. It is noteworthy that prior studies have employed various techniques such as mechanical fastening, friction welding, and other welding-based approaches for fabricating similar busbars, each encountering challenges including interfacial discontinuities, elevated contact resistance, and diminished thermal stability under severe loading conditions. In the present research, these limitations were effectively mitigated through the application of roll bonding, enabling the formation of a uniform and stable metallurgical bond between the copper and aluminum layers. Following fabrication, a comprehensive series of electrical, thermal, and mechanical tests (including electrical resistivity measurement, temperature-rise evaluation, standard short-circuit testing, tensile testing, and peel strength assessment) were performed and analyzed. The results indicated that the electrical resistivity of the laminated structure was 29.1% higher than that of pure copper, corresponding to an electrical conductivity approximately 22.6% lower. Experimental findings confirmed that the temperature distribution along the specimen was uniform, and the laminated sample exhibited stable behavior durin the short-circuit withstand test. Microscopic analyses revealed a clean, continuous, and defect-free bonding interface, while the mechanical performance of the bond remained within the expected range. Furthermore, based on mass and cost efficiency indices, it was demonstrated that the laminated Cu–Al configuration achieved a 46% reduction in mass and a 57% reduction in material cost compared with an all-copper busbar. The calculated mass efficiency index was 143.5%, and the cost efficiency index was 179.5%, signifying that the effective conductivity per unit mass and per unit cost were 43.5% and 79.5% higher than those of copper, respectively. Overall, the laminated Cu–Al busbar fabricated via roll bonding is proposed as a practical, structurally stable, and economically advantageous solution for advanced hybrid busbar applications in power engineering systems.
كليدواژه هاي فارسي
باسبار هيبريدي دولايه , مس - آلومينيوم , نورد پيوندي , رسانايي الكتريكي , تحمل اتصال كوتاه , پايداري حرارتي
كليدواژه هاي لاتين
Hybrid laminated busbar , Copper–aluminum , Roll bonding , Electrical conductivity , Short-circuit withstand , Thermal stability , Cu/Al
Author
Ehsan Dorchepour
SuperVisor
Dr. Ramin Hashemi