سلام، مهمان
07-21-2017، 09:26 PM
چکیده:
در فصل اول این پروژه به آشنایی با مواد FGM پرداخته ایم سپس در فصل دوم با استفاده از روش اجزاء محدود، فرمول بندی جهت تحلیل غیرخطی هندسی تیرهای خمیده ارائه شده است. در فرمول بندی اجزاء محدود تابع شکل برای انحناء بجای تغییر مکانها معرفی شده است. المان تیر خمیده با قوسی از دایره معادل سازی شده و روابط کرنش-تغییر مکان غیرخطی در دستگاه مختصات قطبی نوشته شده است. با دردست داشتن روابط تنش-کرنش و معادلات تعادل، روابط کرنش-انحناء حاصل گردیده که با جانشینی روابط فوق در روابط کرنش-تغییر مکان معادلات دیفرانسیلی که مقادیر تغییر مکان را برحسب انحناء بیان میدارد بدست آمده است. با در دست داشتن سه انحناء گرهی تابع شکلی از درجه دوم برای انحناء تعریف شده و با استفاده از آن مقادیر تغییر شکلها بر حسب انحناهای گرهی بیان گردیده است، به دنبال آن ماتریس انتقالی ارائه شده، که انحناء گرهی را با تغییر شکلهای گرهی مرتبط میسازد. سپس انرژی کل المان خمیده به صورت تابعی از انحناء بیان و با کمینه سازی آن رابطه نیرو- تغییر شکل حاصل شده است. از آنجا که روش فوق قادر به منظور نمودن تغییر شکلهای بزرگ، و همچنین تاثیرات نیروهای غشائی و شعاعی در سختی عضو میباشد، دیگر رابطه نیرو-تغییر شکل خطی نمیباشد، بدین سبب روش تکرار نیوتن-رافسون جهت همگرایی جواب اختیار شده، و الگوریتمی بر این اساس ارائه گردیده است. با مطالعه چند مثال عددی و مقایسه نتایج بدست آمده با سایر مراجع نشان داده شده است که روش مذکور از دقت، سرعت و کارائی کافی برخوردار است.در فصل سوم تئوری کلاسیک مقاومت مصالح برای تحلیل دینامیکی تیرهای خمیده ضخیم در زمینه مواد تابعی مدرج (FGM) استنباط شده است. فرآیند استخراج شامل ساده سازی دستکاری جبری با استفاده از مفهوم تغییر مکان محور خنثی مواد است.همچنین مطالعات پارامتری بر روی فرکانسهای طبیعی برای نشان دادن تطبیق پذیری از فرمولهای اتخاذ شده با استفاده از راه حل دستی سری توانی ارائه شده است.
مقدمه:
در سالهای اخیر با توسعه موتورهای پرقدرت صنایع هوافضا، اوربینها و راکتورها و دیگر ماشین ها نیاز به موادی با مقاومت حرارتی بالا و مقاومتر از لحاظ مکانیکی احساس شده است. در سالهای قبل در صنایع هوافضا از مواد سرامیکی خالص جهت پوشش و روکش قطعات با درجه کارکرد بالا استفاده میشد. این مواد عایقهای بسیار خوبی بودند ولی مقاومت زیادی در برابر تنشهای پسماند نداشتند. تنشهای پسماند در این مواد مشکلات زیادی از جمله ایجاد حفره و ترک مینمود. بعدها برای رفع این مشکل از مواد کامپوزیت لایهای استفاده شد. تنشهای حرارتی در این مواد نیز موجب پدیده لایه لایه شدن میگردید. باتوجه به این مشکلات طرح مادهای مرکب که هم مقاومت حرارتی و مکانیکی بالا داشته و هم مشکل لایه لایه شدن نداشته باشد، ضرورت پیدا کرد. بنابر مشکلاتی که در صنایع مختلف برای مواد تحت تنشهای حرارتی بالا وجود داشت، دانشمندان علم مواد در سال 1984 در منطقه سندایی ژاپن برای اولین بار مواد FGM را به عنوان مواد با تحمل حرارتی بالا پیشنهاد نمودند.
بسیاری از سازهها نظیر قوسها، پلها و لولهها حاوی المانهای منحنی گون هستند، از برتری این اعضاء صلبیت و زیبایی میباشد. همچنین یکی از تواناییهای این نوع المانها در مقایسه با تیرهای مستقیم امکان کاهش تنشهای فشاری یا کششی میباشد. این مزایا بسیاری از طراحان را ترغیب به استفاده از تیرهای خمیده نموده است. لیکن تحلیل این نوع المانها معمولا با پیچیدگی مواجه است.
در این پروژه سعی شده است تا با توجه به مزیت های مواد FGM، تیرهای خمیده ساخته شده از این مواد را تحلیل کرده و به رابطههای کاربردی در این زمینه دست یافته و برای نیل به این هدف در ابتدا به تحلیل تیرهای خمیده پرداخته و پس از آشنایی و تحلیل این تیرها به تحلیل تیرهای خمیده ساخته شده از مواد تابعی مدرج پرداختهایم.
تاریخچه مواد تابعی مدرج (functionally graded materials):
مواد FGM در ابتدا در سال 1984 توسط گروهی از دانشمندان در دانشگاه سندایی ژاپن مطرح گردید. (یامانوچی 1990 و کوزومی 1993). از آن پس روی FGM ها تحقیقات وسیعی انجام شد. بدلیل خاصیت تغییر پیوسته مواد در فضایی با مقیاس ماکروسکوپیک، گاهی اوقات استفاده از FGM ها از نظر رفتار مکانیکی نسبت به مواد با ساختار فیبری، ترجیح داده میشود، بهخصوص تحت بارهای حرارتی چون شکاف درونی یا مرزی در آنها وجود ندارد، پیکهای تنش در ساختارهای FGM زمانی که نیروی خارجی به آنها اعمال میگردند میرا میشوند و در نتیجه از شکست به دلیل عدم پیوستگی درونی و تمرکز تنش جلوگیری میشود. تانیگاوایک بازنگری جامع در مورد رویکردهای مختلف پیشنهادی جهت تحلیل رفتار ترموالاستیک FGMها ارائه داد. ردی (1999) بر مبنای تئوری صفحات تغییر شکل دهنده نیروی برشی مرتبه اول (FST)، خمش محوری متقارن صفحات مسطح و مدور FGM را مورد مطالعه و ارزیابی قرار داد. تئوری asymptotic ترموالاستیک کوپل شده با تغییر شکل صفحات مستطیلی FGM توسط ردی و چنگ (2001) ارائه گردید. چنگ و بارتا (2000) مسائل سه بعدی تغییر شکل ترموالاستیک صفحات بیضوی FGM را با استفاده از تکنیک astmptitoc مورد ارزیابی قرار دادند. Praveen و reddy در سال 1998، رفتار ترموالاستیک غیر خطی صفحات FGM فلزی-سرامیکی را با استفاده از روش اجزا محدود مورد مطالعه قرار دادند. آنها نشان دادند که در غیاب بار حرارتی، پاسخ دینامیکی ورق FGM بین ورق فلزی و سرامیکی قرار میگیرد اما هنگامیکه بارگذاری مکانیکی-حرارتی همزمان با هم به ورق اعمال میشود تغییر شکل ورق FGM ما بین ورقهای فلزی و سرامیکی نمیباشد. Woo و meguid در سال 2001 تحلیل غیرخطی سه بعدی برای صفحات و پوستههای نازک FGM تحت نیروهای مکانیکی و حرارتی ترکیبی را ارائه نمودند. در این تحقیق آنها تغییر شکلهای بزرگ ورق و پوستههای FGM را تحت شرایط ذکر شده مورد بررسی قرار دادند. Yang و shen در سال 2003، تغییر شکل بزرگ ورقهای FGM تحت شرایط مرزی و بارگذاری مختلف را مورد بررسی قرار دادند. Djermane و همکارانش در سال 2007، عملکرد المان تغییر شکل یافته پوسته 9 گرهی با 6 درجه آزادی در هر گره، را در تحلیل خطی و غیر خطی دینامیکی پوستههای نازک مورد بررسی قرار دادند. Pradyumna و همکارانش در سال 2010، پانلهای پوستهای FGM را با استفاده از تئوری فون کارمن و به روش اجزا محدود مورد بررسی قرار دادند.
دانلود:
کاربر مهمان نمی‌تواند مطالب قیمت‌گذاری شده را خریداری کند. برای خرید مطالب قیمت‌گذاری شده، وارد شوید یا ثبت نام کنید .
در فصل اول این پروژه به آشنایی با مواد FGM پرداخته ایم سپس در فصل دوم با استفاده از روش اجزاء محدود، فرمول بندی جهت تحلیل غیرخطی هندسی تیرهای خمیده ارائه شده است. در فرمول بندی اجزاء محدود تابع شکل برای انحناء بجای تغییر مکانها معرفی شده است. المان تیر خمیده با قوسی از دایره معادل سازی شده و روابط کرنش-تغییر مکان غیرخطی در دستگاه مختصات قطبی نوشته شده است. با دردست داشتن روابط تنش-کرنش و معادلات تعادل، روابط کرنش-انحناء حاصل گردیده که با جانشینی روابط فوق در روابط کرنش-تغییر مکان معادلات دیفرانسیلی که مقادیر تغییر مکان را برحسب انحناء بیان میدارد بدست آمده است. با در دست داشتن سه انحناء گرهی تابع شکلی از درجه دوم برای انحناء تعریف شده و با استفاده از آن مقادیر تغییر شکلها بر حسب انحناهای گرهی بیان گردیده است، به دنبال آن ماتریس انتقالی ارائه شده، که انحناء گرهی را با تغییر شکلهای گرهی مرتبط میسازد. سپس انرژی کل المان خمیده به صورت تابعی از انحناء بیان و با کمینه سازی آن رابطه نیرو- تغییر شکل حاصل شده است. از آنجا که روش فوق قادر به منظور نمودن تغییر شکلهای بزرگ، و همچنین تاثیرات نیروهای غشائی و شعاعی در سختی عضو میباشد، دیگر رابطه نیرو-تغییر شکل خطی نمیباشد، بدین سبب روش تکرار نیوتن-رافسون جهت همگرایی جواب اختیار شده، و الگوریتمی بر این اساس ارائه گردیده است. با مطالعه چند مثال عددی و مقایسه نتایج بدست آمده با سایر مراجع نشان داده شده است که روش مذکور از دقت، سرعت و کارائی کافی برخوردار است.در فصل سوم تئوری کلاسیک مقاومت مصالح برای تحلیل دینامیکی تیرهای خمیده ضخیم در زمینه مواد تابعی مدرج (FGM) استنباط شده است. فرآیند استخراج شامل ساده سازی دستکاری جبری با استفاده از مفهوم تغییر مکان محور خنثی مواد است.همچنین مطالعات پارامتری بر روی فرکانسهای طبیعی برای نشان دادن تطبیق پذیری از فرمولهای اتخاذ شده با استفاده از راه حل دستی سری توانی ارائه شده است.
مقدمه:
در سالهای اخیر با توسعه موتورهای پرقدرت صنایع هوافضا، اوربینها و راکتورها و دیگر ماشین ها نیاز به موادی با مقاومت حرارتی بالا و مقاومتر از لحاظ مکانیکی احساس شده است. در سالهای قبل در صنایع هوافضا از مواد سرامیکی خالص جهت پوشش و روکش قطعات با درجه کارکرد بالا استفاده میشد. این مواد عایقهای بسیار خوبی بودند ولی مقاومت زیادی در برابر تنشهای پسماند نداشتند. تنشهای پسماند در این مواد مشکلات زیادی از جمله ایجاد حفره و ترک مینمود. بعدها برای رفع این مشکل از مواد کامپوزیت لایهای استفاده شد. تنشهای حرارتی در این مواد نیز موجب پدیده لایه لایه شدن میگردید. باتوجه به این مشکلات طرح مادهای مرکب که هم مقاومت حرارتی و مکانیکی بالا داشته و هم مشکل لایه لایه شدن نداشته باشد، ضرورت پیدا کرد. بنابر مشکلاتی که در صنایع مختلف برای مواد تحت تنشهای حرارتی بالا وجود داشت، دانشمندان علم مواد در سال 1984 در منطقه سندایی ژاپن برای اولین بار مواد FGM را به عنوان مواد با تحمل حرارتی بالا پیشنهاد نمودند.
بسیاری از سازهها نظیر قوسها، پلها و لولهها حاوی المانهای منحنی گون هستند، از برتری این اعضاء صلبیت و زیبایی میباشد. همچنین یکی از تواناییهای این نوع المانها در مقایسه با تیرهای مستقیم امکان کاهش تنشهای فشاری یا کششی میباشد. این مزایا بسیاری از طراحان را ترغیب به استفاده از تیرهای خمیده نموده است. لیکن تحلیل این نوع المانها معمولا با پیچیدگی مواجه است.
در این پروژه سعی شده است تا با توجه به مزیت های مواد FGM، تیرهای خمیده ساخته شده از این مواد را تحلیل کرده و به رابطههای کاربردی در این زمینه دست یافته و برای نیل به این هدف در ابتدا به تحلیل تیرهای خمیده پرداخته و پس از آشنایی و تحلیل این تیرها به تحلیل تیرهای خمیده ساخته شده از مواد تابعی مدرج پرداختهایم.
تاریخچه مواد تابعی مدرج (functionally graded materials):
مواد FGM در ابتدا در سال 1984 توسط گروهی از دانشمندان در دانشگاه سندایی ژاپن مطرح گردید. (یامانوچی 1990 و کوزومی 1993). از آن پس روی FGM ها تحقیقات وسیعی انجام شد. بدلیل خاصیت تغییر پیوسته مواد در فضایی با مقیاس ماکروسکوپیک، گاهی اوقات استفاده از FGM ها از نظر رفتار مکانیکی نسبت به مواد با ساختار فیبری، ترجیح داده میشود، بهخصوص تحت بارهای حرارتی چون شکاف درونی یا مرزی در آنها وجود ندارد، پیکهای تنش در ساختارهای FGM زمانی که نیروی خارجی به آنها اعمال میگردند میرا میشوند و در نتیجه از شکست به دلیل عدم پیوستگی درونی و تمرکز تنش جلوگیری میشود. تانیگاوایک بازنگری جامع در مورد رویکردهای مختلف پیشنهادی جهت تحلیل رفتار ترموالاستیک FGMها ارائه داد. ردی (1999) بر مبنای تئوری صفحات تغییر شکل دهنده نیروی برشی مرتبه اول (FST)، خمش محوری متقارن صفحات مسطح و مدور FGM را مورد مطالعه و ارزیابی قرار داد. تئوری asymptotic ترموالاستیک کوپل شده با تغییر شکل صفحات مستطیلی FGM توسط ردی و چنگ (2001) ارائه گردید. چنگ و بارتا (2000) مسائل سه بعدی تغییر شکل ترموالاستیک صفحات بیضوی FGM را با استفاده از تکنیک astmptitoc مورد ارزیابی قرار دادند. Praveen و reddy در سال 1998، رفتار ترموالاستیک غیر خطی صفحات FGM فلزی-سرامیکی را با استفاده از روش اجزا محدود مورد مطالعه قرار دادند. آنها نشان دادند که در غیاب بار حرارتی، پاسخ دینامیکی ورق FGM بین ورق فلزی و سرامیکی قرار میگیرد اما هنگامیکه بارگذاری مکانیکی-حرارتی همزمان با هم به ورق اعمال میشود تغییر شکل ورق FGM ما بین ورقهای فلزی و سرامیکی نمیباشد. Woo و meguid در سال 2001 تحلیل غیرخطی سه بعدی برای صفحات و پوستههای نازک FGM تحت نیروهای مکانیکی و حرارتی ترکیبی را ارائه نمودند. در این تحقیق آنها تغییر شکلهای بزرگ ورق و پوستههای FGM را تحت شرایط ذکر شده مورد بررسی قرار دادند. Yang و shen در سال 2003، تغییر شکل بزرگ ورقهای FGM تحت شرایط مرزی و بارگذاری مختلف را مورد بررسی قرار دادند. Djermane و همکارانش در سال 2007، عملکرد المان تغییر شکل یافته پوسته 9 گرهی با 6 درجه آزادی در هر گره، را در تحلیل خطی و غیر خطی دینامیکی پوستههای نازک مورد بررسی قرار دادند. Pradyumna و همکارانش در سال 2010، پانلهای پوستهای FGM را با استفاده از تئوری فون کارمن و به روش اجزا محدود مورد بررسی قرار دادند.
دانلود:
