مهدی شعبان

مواد ناهمسانگرد مانند مواد کامپوزیتی تقویت شده با الیاف، به طور گسترده در بسیاری از زمینه های صنعتی مورداستفاده قرار می گیرند. یکی از مواردی که در مواد کامپوزیتی موردتوجه است کاهش نسبت سفتی به وزن و استحکام به وزن می باشد که در مقایسه با آلیاژهای فلزی، باعث صرفه جویی در وزن و به طبع هزینه می شود. اجزاء اصلی تشکیل دهنده ی موادکامپوزیتی تقویت شده با الیاف، زمینه و الیاف هستند. در سازه های کامپوزیتی تقویت شده با الیاف لایه ای، الیاف به صورت تک لایه یا چندلایه مورد استفاده قرار می گیرند. مفهوم سفتی متغیر در مقابل مفهوم کلاسیک لایه چینی با ضخامت و زوایا ثابت مطرح گردیده است. در روش سفتی متغیر ضخامت و زوایا بهینه در هر موقعیت محاسبه می گردند. خصوصیت کلیدی این مفهوم، درنظر گرفتن سفتی متغیر در کامپوزیت مورد استفاده و تعیین و محاسبه پارامترهایی نظیر زاویه لایه چینی، ضخامت و ... می باشد. پانل ساندویچی با سفتی متغیر سبب کاهش مواد مورداستفاده در محل هایی می گردد که نیاز به استحکام قابل توجه ندارند. در این پژوهش، به بررسی پانل ساندویچی ساخته شده از هسته موج دار کامپوزیتی با در نظرگرفتن مفهوم سفتی متغیر پرداخته می شود. استفاده از مفهوم سفتی متغیر در مواد کامپوزیتی می تواند به صورت مطلوبی معیارهای طراحی را برآورده کند. هدف اصلی این پایان نامه بررسی اثرات تغییر ضخامت و همچنین تغییر زاویه الیاف روی هسته ی پانل ساندویچی ساخته شده از هسته موج دار کامپوزیتی با در نظرگرفتن مفهوم سفتی متغیر، به منظور افزایش قابلیت پانل در تحمل بارگذاری های کششی و خمشی می باشد. در این پژوهش با استفاده از کدنویسی با نرم افزار پایتون و کتابخانه paygad جهت بهره گیری از الگوریتم ژنتیک و سپس استفاده از کد نوشته شده جهت شبیه-سازی، تحلیل و بهینه سازی در نرم افزار آباکوس، ابتدا اعتبارسنجی روش زاویه متغیر جهت دستیابی به سفتی متغیر بهینه برای ورق انجام گردیده و سپس به بررسی اثرات سفتی متغیر ناشی از تغییر ضخامت و زاویه الیاف(به تفکیک) در هسته سلول واحد پانل ساندویچی با هسته موج دار کامپوزیتی در بارگذاری کششی و خمشی پرداخته شده است. در نتیجه مشاهده شد که می توان با بهره گیری از سفتی متغیر در هسته سلول واحد پانل ساندویچی با هسنه موج دار کامپوزیتی، تغییر شکل و جرم نمونه را کاهش داد.
خلاصه پایان نامه

همگام با توسعه سریع تکنولوژی های مربوط به سیستم های میکرو-الکترومکانیک، طیف وسیعی از تجهیزات با مقیاس میکرو در حال ساخت و بهره برداری است. این تجهیزات که در مقیاس میکرو یا ریزتر ساخته می شوند دارای کاربردهای بسیاری در سنسورها، عملگرها و رزوناتورها هستند. در دهه های اخیر، نتایج تجربی در مقیاس میکرو نشان داده است که رفتار تغییرشکل ماده در برخی فلزات و پلیمرها وابسته به اندازه است. در این پژوهش، از نظریه تنش کوپل به منظوردرنظر گرفتن خصوصیات وابسته به اندازه استفاده گردید. همچنین ورق به صورت ضخیم درنظر گرفته شد و اساس کار بر پایه نظریه الاستیسیته بنا نهاده شد. هدف پایان نامه مذکور، ارائه یک حل تحلیلی براساس نظریه الاستیسیته و با درنظر گرفتن نظریه تنش کوپل سازگار برای ورق ضخیم در مقیاس میکرو یا نانو می باشد. در فصل اول به بررسی کاربردهای عملی مورد استفاده تجهیزات میکرو-الکترومکانیک پرداخته شده است. در فصل دوم، معادلات اساسی حاکم بر ورق ضخیم با استفاده از نظریه تنش کوپل سازگار ارائه شده است. سپس براساس این نظریه، روابط تنش-کرنش و کرنش جابجایی درنظر گرفته شده است. سپس با درنظر گرفتن شرایط مرزی ساده، یک حل تحلیلی فرم بسته ارائه شده است. ضرایب دسته بندی شده و با درنظر گرفتن شرایط مساله بدست آمده است. سپس در فصل سه، حالت کلاسیک معادلات بدون درنظر گرفتن اثر پارامتر اندازه استخراج و حل شده است. به منظور صحه گذاری، حالت کلاسیک در نرم افزار آباکوس مدل سازی شده و نتایج در فصل چهارم صحه گذاری شده است. در نهایت در فصل آخر نتایج عددی به مقایسه نظریه تنش کوپل و نظریه تنش کلاسیک پرداخته شده است. تحلیل حساسیت ورق ضخیم نسبت به پارامترهای بی بعد نیز در قالب نمودارهای مربوط به میدان جابجایی و میدان تنش کوپل ارائه شده است. نتایج حاضر نشان می دهد که درنظر گرفتن اثر پارامتر اندازه تاثیر قابل توجهی در میدان های جابجایی و تنش دارد و قابل صرف نظر کردن نمی باشد.
خلاصه پایان نامه

پانل های ساندویچی در صنایع مختلف ازجمله صنایع خودروسازی، صنایع ساختمانی و به خصوص در صنایع هوافضا (مانند بال هواپیما) بسیار پرکاربرد می باشند. هسته های کامپوزیتی موج دار نوع خاص و نوینی از انواع هسته ها می باشند که به دلیل استفاده از مواد کامپوزیتی و شکل منحصربه فردشان، می توانند دو هدف اصلی طراحی های جدید را که عبارت اند از: افزایش استحکام و کاهش وزن به صورت همزمان، برآورده سازند. سازه های با سلسله مراتب ساختاری، نسل جدیدی از سازه ها هستند که می تواند به طور مطلوبی نسبت سفتی یا استحکام به وزن را به نسبت ساختار پایه خود افزایش دهند. در این نوع ساختارها که از طبیعت الهام گرفته شده است، اجزای تشکیل دهنده، خود دارای ساختار مشابه با ساختار نهایی می باشند. هدف از این پژوهش، بررسی رفتار کششی، برشی و خمشی هسته های موج دار مرتبه اول و دوم و ارائه یک مدل المان محدود قابل اطمینان براساس نتایج تجربی است. در این تحقیق ابتدا نمونه های تجربی تخت بر اساس استانداردهای ASTM با روش لایه چینی دستی ساخته شد. پس از انجام آزمایش کشش بر روی نمونه ها، خصوصیات پایه این نمونه ها استخراج شده و صحت نتایج مورد تایید قرارگرفت. در ادامه، نمونه های موج دار ذوزنقه ای مرتبه اول و دوم با استفاده از الیاف شیشه و رزین اپوکسی، ساخته شد و پس از قرارگرفتن تحت تست کشش و خمش، نمودار نیرو-جابجایی الاستیسیته حاصل از این آزمون ها به دست آمد. با استفاده از روابط لازم، ضریب برشی این نمونه ها محاسبه گردید. در ادامه شبیه سازی عددی در نرم افزار آباکوس انجام شده و صحت نتایج بدست آمده تایید شد. به دلیل نداشتن رابطه ی تحلیلی برای نمونه مرتبه دوم از طراحی آزمایش(تاگوچی) استفاده شد و فرمول درجه3 نیرو را از مینی تب به-دست آورده که انطباق خوبی دارد سپس با استفاده از الگوریتم ژنتیک یکبار با در نظرگرفتن تابع نیرو به عنوان تابع هدف و وزن به عنوان قید و بار دیگر با در نظر گرفتن تابع نیرو و وزن به عنوان تابع هدف نمونه بهینه بدست می آید. بررسی های انجام شده نشان می دهد که نیروی قابل تحمل در هسته موج دار مرتبه اول به مراتب بالاتر از هسته های مرتبه دوم می باشد.
خلاصه پایان نامه

ساختار ساندویچی با هسته موجدار در سالهای اخیر توجه بسیاری از محققان را به خود جلب کرده و با توجه به سبک بودن این ساختار نسبت به استحکام مناسب و جذب انرژی بالای این نوع سازهها در صنایع مختلف کاربردهای متنوعی پیدا کرده اند. در این پژوهش رفتار ساختار ساندویچی هفت لایه با سه هسته موجدار ذوزنقهای تحت بار فشاری شبهاستاتیک به صورت عددی و تجربی بررسی شدهاست. هسته بالا و پایین ساختار با جهتگیری متقارن نسبت به هم و هسته وسط با جهتگیری متقاطع نسبت به دوهسته دیگر قرار گرفتهاند. ابتدا نمونه اولیه ساخته شد و به کمک آزمون فشار، جذب انرژی مخصوص و بیشینه نیرویی که تحمل میکند، محاسبه شد. یک مدل اجزاء محدود قابل اعتماد با نتایج تجربی به کمک شبیهسازی در نرم افزار ABAQUS حاصل شد. بهینهترین ساختار با قید وزن ثابت و ارتفاع کلی ثابت ساختار و با تغییر سایر پارامترهای هندسی ساختار به کمک مطالعه عددی در نرمافزار ABAQUS و به کمک مدل قابل اعتماد بهدست آمد. با مدلسازی تجربی ساختار بهینهشده و مقایسه با نتایج عددی، صحت مطالعات عددی بررسی شد. جذب انرژی مخصوص ساختار بهینهشده حدود 32 % نسبت به نمونه اولیه افزایش یافتهاست، همچنین بیشینه نیرویی که ساختار تحمل میکند حدود 24.5 ٪ بیشتر از نمونه اولیه است. در نهایت اثر تغییر سایر پارامترهای هندسی ساختار بهینهشده از جمله: ضخامت ورقها، زاویه خطوط مورب هستهها و دامنه موج هستهها بر روی جذب انرژی مخصوص و بیشینه نیرویی که ساختار تحمل میکند، به صورت عددی و به کمک مدلسازی در نرمافزار ABAQUS بررسی شد.
خلاصه پایان نامه

چندلایه های فلز_الیاف (FMLs) چندلایه های ترکیبی هستند که از ورق های فلزی نازک ساخته شده اند و توسط لایه های نازک الیاف_رزین میانی به یکدیگر متصل می شوند. بر اساس نوع ساختار، چندلایه اف-ام-ال مقاومت در برابر ضربه عالی، مقاومت در برابر شعله، سختی بالا و تحمل آسیب خوب و غیره، از خود ارائه می دهد. در این رساله، خصوصیات کششی نمونه های تخت و موج دار اف_ام_ال و خصوصیات خمشی پانل های ساندویچی با روکش و هسته ی موج دار ذوزنقه ای شکل ساخته شده با این مواد، ابتدا به صورت تجربی و سپس بر پایه روش اجزاء محدود و تحلیلی، مورد بررسی قرار می گیرند. اف-ام-ال ساخته شده از جنس آلومینیوم 3105 و الیاف شیشه بافته شده است. آزمایش کشش انجام شده بر روی نمونه های تخت اف-ام-ال بر اساس استاندارد D3039، رفتار الاستیک تا حدودی غیرخطی مانند مواد ترد را به نمایش گذاشته است. از آزمایش کشش انجام شده بر روی نمونه-های موج دار اف-ام-ال، در نمودار نیرو-جابه جایی حاصل، رفتار الاستو-پلاستیک ماده به دلیل شکل هندسی و خصوصیات مواد سازنده نمونه مشاهده شده است. در ابتدا، نیروی اعمالی منجر به تغییرشکل نمونه در حین کشش، به خصوص چرخش در نواحی گوشه های سلول موج دار می شود و رفتار الاستیک از خود به نمایش می گذارد. سپس با پیشرفت خرابی و ایجاد تورق در لایه های ماده مرکب و جدایش لایه ها بر اثر تغییرشکل نمونه و قرار گرفتن در معرض کشش خالص بعد از صاف شدن کامل نمونه موج دار، تغییر شیب شدیدی رخ می دهد. رفتار اف-ام-ال در آزمایش خمش سه نقطه مطابق با استاندارد C393بر روی پانل های ساندویچی بررسی شده است. شبیه سازی عددی با استفاده از نرم افزار آباکوس انجام شده است و بررسی تحلیلی خصوصیات کششی و خمشی به شیوه تحلیلی با کمک کدنویسی در نرم افزار متلب انجام شده است. نتایج به دست آمده از تطابق قابل قبولی با نتایج تجربی برخوردار است. در ادامه بهینه سازی پارامترهای هندسی پانل های ساندویچی اف-ام-ال برپایه الگوریتم ژنتیک انجام گرفته است و با لحاظ نمودن قیودی نظیر جرم و طول ثابت، بهبود خصوصیات خمشی و کششی پانل در قالب مسائل تک هدفه و چندهدفه حاصل شده است.
خلاصه پایان نامه

هدف از این پژوهش، بررسی رفتار کششی و برشی هسته های موجدار مرتبه اول و دوم و ارائه یک مدل المان محدود قابل اطمینان براساس نتایج تجربی است. در این تحقیق ابتدا نمونه های تجربی تخت بر اساس استانداردهای ASTM با روش لایه چینی دستی ساخته شد. پس از انجام آزمایش کشش بر روی نمونه ها، خصوصیات پایه این نمونه ها استخراج شده و صحت نتایج مورد تایید قرارگرفت. در ادامه، نمونه های موج دار ذوزنقه ای مرتبه اول و دوم با استفاده از الیاف شیشه و رزین اپوکسی، ساخته شد و پس از قرارگرفتن تحت تست کشش و خمش، نمودار نیرو-جابجایی الاستیسیته حاصل از این آزمایش ها به دست آمد. با استفاده از روابط لازم، ضریب برشی این نمونه ها محاسبه گردید. در ادامه شبیه سازی عددی در نرم افزار آباکوس انجام شده و صحت نتایج بدست آمده تایید شد. سپس روابط تحلیلی مربوطه براساس دو مدل برای هسته ساندویچی موجدار مرتبه اول به دست آمده و با نتایج تجربی مقایسه گردید. بررسی های انجام شده نشان می دهد که نیروی قابل تحمل در هسته موجدار مرتبه دوم به مراتب بالا تر از هسته های مرتبه اول می باشد، به این معنا که هسته مرتبه دوم می تواند نیروی قابل تحمل را در هسته های مرتبه اول به میزان بسیار زیادی (بیش از دو برابر) افزایش دهد.
خلاصه پایان نامه

-
خلاصه پایان نامه

-
خلاصه پایان نامه

چکیده: ترانسدیوسرهای فراصوتی بخش اصلی از یک سیستم فراصوتی را تشکیل داده و وظیفه تولید امواج و نوسان مذکور را برعهده دارند. در نتیجه طراحی و تعیین ابعاد دقیق ترانسدیوسر متناسب با فرکانس طراحی از اهمیت بالایی برخوردار است. در طراحی و ساخت ترانسدیوسرهای پیزوالکتریکی فراصوتی از یک پیچ مرکزی جهت اعمال پیش تنش به منظور افزایش تنش تسلیم کششی پیزوالکتریک ها و ایجاد سطح تماس مناسب بین اجزای مختلف ترانسدیوسر استفاده می شود. هدف از این پژوهش بررسی اثر پیش تنش در مدل سازی عددی و روابط تحلیلی مربوط به طراحی ترانسدیوسرهای پیزوالکتریکی فراصوتی می باشد. در این تحقیق ابتدا سه نوع ترانسدیوسر پیزوالکتریکی فراصوتی با فرکانس طراحی 25kHz، 22kHz و30kHz به ترتیب با قطعه تطبیق استوانه ای، پله ای و مخروطی در دو حالت بدون اعمال پیش تنش و با اعمال پیش تنش توسط نرم افزار المان محدود مدل سازی و مورد تحلیل قرار گرفته اند. مدل سازی عددی توسط نرم افزار المان محدود آباکوس، بصورت سه بعدی کامل و با استفاده از قابلیت Bolt load در این نرم افزار انجام شده است، سپس حل براساس معادله انتشار موج بصورت یک بعدی و روابط تحلیلی مربوط به طراحی ترانسدیوسر در دو حالت بدون اعمال پیش تنش و با اعمال پیش تنش انجام شده و نتایج بدست آمده با مقادیراندازه گیری شده مقایسه گردید. نتایج بدست آمده از مدل سازی عددی نشان داد که با اعمال پیش تنش در ترانسدیوسرها، مقدار فرکانس رزونانس ترانسدیوسرها کاهش پیدا کرده است. علت تغییر فرکانس رزونانس تغییر در ماتریس سختی در اثر کاهش طول ترانسدیوسر، توزیع تنش های کششی و فشاری در بخش های مختلف ترانسدیوسر و تغییر شکل های جانبی ناشی از سفت کردن پیچ مرکزی در قسمت های های مختلف ترانسدیوسرمی باشد، خطای طراحی در مدل سازی عددی ترانسدیوسر با فرکانس رزونانس 25kHz از 6.8% به 5.2% کاهش یافته است و همچنین برای ترانسدیوسر با فرکانس رزونانس 22kHz خطای طراحی از 2.1% به13% تغییر کرده است و خطای طراحی ترانسدیوسر 30kHz از 9.3% به 0.04% کاهش یافته است، همچنین مشاهده شد که با اعمال اثر پیش تنش در روابط تحلیل یک بعدی، خطای طراحی ترانسدیوسر با فرکانس رزونانس 25kHz از 7.7% به 7.6% و ترانسدیوسر با فرکانس 22kHz درصد خطا از 1.7% به 0.08% و ترانسدیوسر 30kHz خطا از14% به 13% تغییر یافته است. بصورت کلی می توان نتیجه گرفت
خلاصه پایان نامه