DYNAMICS OF A PET WEB IN A ROLL-TO-ROLL SYSTEM. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.
|
PDF (Master Thesis)
Final_MS_Thesis_Murad.pdf - Other Download (4MB) | Preview |
Arabic Abstract
في نظم اللف الثنائي التصنيعية، يمرر شريط (سير) مستمر خلال آلية المعالجة للحصول على منتج نهائي. أثناء عملية المعالجة ، يتم تنفيذ أنواع مختلفة من العمليات مثل، الطباعة، التغليف، الطلاء، التصفيح، ... إلخ . الشريط، ويسمى أيضا الطبقة، يمكن أن يأخذ شكل طبقة رقيقة، سير، ورقة، مطاط، صفيحة، قماش، إلخ. كثير من المنتجات يمكن الحصول عليها في شكلها الملفوف، مثل الجرائد، الصفائح المعدنية، والمواد البلاستيكية. يستخدم هذا النظام ثنائي اللف للإنتاج بكميات كبيرة ضمن بيئة أتوماتيكية. الغرض من هذه الدراسة هو بحث وإستقصاء ديناميكا و حركة شريط تتراهالايد بولي إيثيلين رقيق في نظام ثنائي اللف مستخدم في تطبيقات الطباعة باستخدام التلامس الدقيق. يهدف البحث إلى تأسيس نموذج رياضي مبنيٌ على نموذج خيط متحرك أفقيا في شكل معادلات تفاضلية لا خطية لإيجاد العلاقة بين تردد الشريط، سرعته الأفقية، والشد في الشريط. نسبةً إلى السلوك التبددي في مثل هذه الآلات، تم تقديم نموزج كلفن-فويت اللزج في المعادلة الحاكمة للحركة وتمت عمليات المحاكاة في برنامجي ماثيماتيكا و كومسول لدراسة وإستقصاء النموذج الرياضي للشريط. تم تحليل تأثير الشد على الشريط ، سرعته الأفقية ، و تخميد لزوجة الهواء على السجل الزمني لإستجابة النظام بإستخدام تقريب جاليركين و وجد أن السرعة الأفقية و تخميد لزوجة الهواء ليس لهما أثر كبير كتأثير الشد على الشريط، و أن تخميد لزوجة الهواء يقلل من اتساع الأستجابة . تمت دراسة خصائص تتراهالايد بولي إيثيلين اللزجة (الزحف والتليُّن) في درجة حرارة الغرفة. تجريبيا. تم إيجاد العلاقة النظرية بين السرعة الأفقية و الشد على الشريط ، و بين تردد اهتزاز الشريط ، والتي توضح أن التردد يتأثر بصورة كبيرة بالشد مقارنة مع السرعة الأفقية و التي اتضح أن لها تأثير قليل متجاهل. تم الحصول على محاكاة لنموذج الشريط في برنامج كومسول ، وتم بواسطته التحقق و مطابقة النتائج المتحصل عليها من المعادلة النظرية. كذلك، تم استخدام حساس مسافة جديد لقياس اهتزاز الشريط. تم إستخدام خوارزمية تحويل فوريير السريع لإيجاد تردد الشريط وتأثره مع السرعة الأفقية والشد على الشريط باستخدام بيانات الحساس المسجلة. بناءا على تحليل تحويل فوريير السريع وجد أن هناك مقاربة جيدة مع النتائج التحليلة والتجريبية لتأثير شد الشريط على تردده، بينما تُظهر النتائج التجريبية تأثيرا أقوى لسرعة الشريط الأفقية على تردده أكبر من المتحصل عليها في النموزج
English Abstract
In roll-to-roll manufacturing systems, a continuous web is passed through processing machinery to obtain a final product. During processing, different kinds of operations are carried out such as printing, coating, lamination, etc. The web, also called substrate, can take the form of thin film, belt, paper, rubber, strip, foil, fabric, etc. Many of the products can be obtained in their rolled form, like newspaper, metal sheets, and plastics. This roll-to-roll system is utilized for mass production within an automated environment. The purpose of this study is to investigate Polyethylene terephthalate (PET) thin film web dynamics of a roll-to-roll system used in micro-contacting printing applications. The purpose is to establish a mathematical model based on axially moving string in the form of nonlinear differential equations to find the relationship among web frequency, axial speed and tension. Kelvin-Voight viscoelastic model is introduced into the equation of motion and, analytical and numerical simulations are carried out in Mathematica and Comsol respectively to investigate the string model. The effect of web tension, axial speed, air damping and dynamic viscosity on the time history response of the system is analyzed using Galerkin's numerical approximation and found that web axial speed, air damping and dynamic viscosity has no significant effect as compared to the web tension, while air damping and dynamics viscosity minimize the amplitude of time history response. The viscoelastic properties of PET (creep and relaxation) are investigated at room temperature, thus confirming its viscoelastic behavior in ambient conditions. The analytical relationship among web axial speed, transmitted tension and frequency is found from string model, which shows that web vibration frequency is strongly affected by web tension as compared to web axial speed and in fact web axial speed has negligible effect on the web vibration frequency. Numerical simulations for string model are carried out in Comsol, finding that web vibration frequency is strongly affected by web transmitted tension as compared to the web axial speed, thus validating analytical string model. A new displacement sensor is utilized in this study to measure web transverse vibration. A Fast Fourier Transform (FFT) algorithm is applied to web transverse displacement measured by displacement sensor, to find the experimental relationship among web axial speed, transmitted tension and vibration frequency. Based on FFT analysis it is found that web transmitted tension has strong effect on the web vibration frequency and results are found in good agreement with the analytical string model ones, while experimental results show stronger effect of web axial speed on web vibration frequency than the analytical string model ones.
| Item Type: | Thesis (Masters) |
|---|---|
| Subjects: | Math Mechanical |
| Department: | College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering |
| Committee Advisor: | Hawwa, Muhammad |
| Committee Members: | Hassan, Mahir and Pasha, Sulaiman |
| Depositing User: | MURAD ALI (g201302170) |
| Date Deposited: | 08 Jun 2016 07:16 |
| Last Modified: | 01 Nov 2019 16:34 |
| URI: | http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140013 |