Mahdi Shaban

مواد ناهمسانگرد مانند مواد كامپوزيتي تقويت شده با الياف، به طور گسترده در بسياري از زمينه هاي صنعتي مورداستفاده قرار مي گيرند. يكي از مواردي كه در مواد كامپوزيتي موردتوجه است كاهش نسبت سفتي به وزن و استحكام به وزن مي باشد كه در مقايسه با آلياژهاي فلزي، باعث صرفه جويي در وزن و به طبع هزينه مي شود. اجزاء اصلي تشكيل دهنده ي موادكامپوزيتي تقويت شده با الياف، زمينه و الياف هستند. در سازه هاي كامپوزيتي تقويت شده با الياف لايه اي، الياف به صورت تك لايه يا چندلايه مورد استفاده قرار مي گيرند. مفهوم سفتي متغير در مقابل مفهوم كلاسيك لايه چيني با ضخامت و زوايا ثابت مطرح گرديده است. در روش سفتي متغير ضخامت و زوايا بهينه در هر موقعيت محاسبه مي گردند. خصوصيت كليدي اين مفهوم، درنظر گرفتن سفتي متغير در كامپوزيت مورد استفاده و تعيين و محاسبه پارامترهايي نظير زاويه لايه چيني، ضخامت و ... مي باشد. پانل ساندويچي با سفتي متغير سبب كاهش مواد مورداستفاده در محل هايي مي گردد كه نياز به استحكام قابل توجه ندارند. در اين پژوهش، به بررسي پانل ساندويچي ساخته شده از هسته موج دار كامپوزيتي با در نظرگرفتن مفهوم سفتي متغير پرداخته مي شود. استفاده از مفهوم سفتي متغير در مواد كامپوزيتي مي تواند به صورت مطلوبي معيارهاي طراحي را برآورده كند. هدف اصلي اين پايان نامه بررسي اثرات تغيير ضخامت و همچنين تغيير زاويه الياف روي هسته ي پانل ساندويچي ساخته شده از هسته موج دار كامپوزيتي با در نظرگرفتن مفهوم سفتي متغير، به منظور افزايش قابليت پانل در تحمل بارگذاري هاي كششي و خمشي مي باشد. در اين پژوهش با استفاده از كدنويسي با نرم افزار پايتون و كتابخانه paygad جهت بهره گيري از الگوريتم ژنتيك و سپس استفاده از كد نوشته شده جهت شبيه-سازي، تحليل و بهينه سازي در نرم افزار آباكوس، ابتدا اعتبارسنجي روش زاويه متغير جهت دستيابي به سفتي متغير بهينه براي ورق انجام گرديده و سپس به بررسي اثرات سفتي متغير ناشي از تغيير ضخامت و زاويه الياف(به تفكيك) در هسته سلول واحد پانل ساندويچي با هسته موج دار كامپوزيتي در بارگذاري كششي و خمشي پرداخته شده است. در نتيجه مشاهده شد كه مي توان با بهره گيري از سفتي متغير در هسته سلول واحد پانل ساندويچي با هسنه موج دار كامپوزيتي، تغيير شكل و جرم نمونه را كاهش داد.
Thesis summary

همگام با توسعه سريع تكنولوژي هاي مربوط به سيستم هاي ميكرو-الكترومكانيك، طيف وسيعي از تجهيزات با مقياس ميكرو در حال ساخت و بهره برداري است. اين تجهيزات كه در مقياس ميكرو يا ريزتر ساخته مي شوند داراي كاربردهاي بسياري در سنسورها، عملگرها و رزوناتورها هستند. در دهه هاي اخير، نتايج تجربي در مقياس ميكرو نشان داده است كه رفتار تغييرشكل ماده در برخي فلزات و پليمرها وابسته به اندازه است. در اين پژوهش، از نظريه تنش كوپل به منظوردرنظر گرفتن خصوصيات وابسته به اندازه استفاده گرديد. همچنين ورق به صورت ضخيم درنظر گرفته شد و اساس كار بر پايه نظريه الاستيسيته بنا نهاده شد. هدف پايان نامه مذكور، ارائه يك حل تحليلي براساس نظريه الاستيسيته و با درنظر گرفتن نظريه تنش كوپل سازگار براي ورق ضخيم در مقياس ميكرو يا نانو مي باشد. در فصل اول به بررسي كاربردهاي عملي مورد استفاده تجهيزات ميكرو-الكترومكانيك پرداخته شده است. در فصل دوم، معادلات اساسي حاكم بر ورق ضخيم با استفاده از نظريه تنش كوپل سازگار ارائه شده است. سپس براساس اين نظريه، روابط تنش-كرنش و كرنش جابجايي درنظر گرفته شده است. سپس با درنظر گرفتن شرايط مرزي ساده، يك حل تحليلي فرم بسته ارائه شده است. ضرايب دسته بندي شده و با درنظر گرفتن شرايط مسأله بدست آمده است. سپس در فصل سه، حالت كلاسيك معادلات بدون درنظر گرفتن اثر پارامتر اندازه استخراج و حل شده است. به منظور صحه گذاري، حالت كلاسيك در نرم افزار آباكوس مدل سازي شده و نتايج در فصل چهارم صحه گذاري شده است. در نهايت در فصل آخر نتايج عددي به مقايسه نظريه تنش كوپل و نظريه تنش كلاسيك پرداخته شده است. تحليل حساسيت ورق ضخيم نسبت به پارامترهاي بي بعد نيز در قالب نمودارهاي مربوط به ميدان جابجايي و ميدان تنش كوپل ارائه شده است. نتايج حاضر نشان مي دهد كه درنظر گرفتن اثر پارامتر اندازه تأثير قابل توجهي در ميدان هاي جابجايي و تنش دارد و قابل صرف نظر كردن نمي باشد.
Thesis summary

پانل هاي ساندويچي در صنايع مختلف ازجمله صنايع خودروسازي، صنايع ساختماني و به خصوص در صنايع هوافضا (مانند بال هواپيما) بسيار پركاربرد مي باشند. هسته هاي كامپوزيتي موج دار نوع خاص و نويني از انواع هسته ها مي باشند كه به دليل استفاده از مواد كامپوزيتي و شكل منحصربه فردشان، مي توانند دو هدف اصلي طراحي هاي جديد را كه عبارت اند از: افزايش استحكام و كاهش وزن به صورت همزمان، برآورده سازند. سازه هاي با سلسله مراتب ساختاري، نسل جديدي از سازه ها هستند كه مي تواند به طور مطلوبي نسبت سفتي يا استحكام به وزن را به نسبت ساختار پايه خود افزايش دهند. در اين نوع ساختارها كه از طبيعت الهام گرفته شده است، اجزاي تشكيل دهنده، خود داراي ساختار مشابه با ساختار نهايي مي باشند. هدف از اين پژوهش، بررسي رفتار كششي، برشي و خمشي هسته هاي موج دار مرتبه اول و دوم و ارائه يك مدل المان محدود قابل اطمينان براساس نتايج تجربي است. در اين تحقيق ابتدا نمونه هاي تجربي تخت بر اساس استانداردهاي ASTM با روش لايه چيني دستي ساخته شد. پس از انجام آزمايش كشش بر روي نمونه ها، خصوصيات پايه اين نمونه ها استخراج شده و صحت نتايج مورد تأييد قرارگرفت. در ادامه، نمونه هاي موج دار ذوزنقه اي مرتبه اول و دوم با استفاده از الياف شيشه و رزين اپوكسي، ساخته شد و پس از قرارگرفتن تحت تست كشش و خمش، نمودار نيرو-جابجايي الاستيسيته حاصل از اين آزمون ها به دست آمد. با استفاده از روابط لازم، ضريب برشي اين نمونه ها محاسبه گرديد. در ادامه شبيه سازي عددي در نرم افزار آباكوس انجام شده و صحت نتايج بدست آمده تأييد شد. به دليل نداشتن رابطه ي تحليلي براي نمونه مرتبه دوم از طراحي آزمايش(تاگوچي) استفاده شد و فرمول درجه3 نيرو را از ميني تب به-دست آورده كه انطباق خوبي دارد سپس با استفاده از الگوريتم ژنتيك يكبار با در نظرگرفتن تابع نيرو به عنوان تابع هدف و وزن به عنوان قيد و بار ديگر با در نظر گرفتن تابع نيرو و وزن به عنوان تابع هدف نمونه بهينه بدست مي آيد. بررسي هاي انجام شده نشان مي دهد كه نيروي قابل تحمل در هسته موج دار مرتبه اول به مراتب بالاتر از هسته هاي مرتبه دوم مي باشد.
Thesis summary

ساختار ساندويچي با هسته موجدار در سالهاي اخير توجه بسياري از محققان را به خود جلب كرده و با توجه به سبك بودن اين ساختار نسبت به استحكام مناسب و جذب انرژي بالاي اين نوع سازهها در صنايع مختلف كاربردهاي متنوعي پيدا كرده اند. در اين پژوهش رفتار ساختار ساندويچي هفت لايه با سه هسته موجدار ذوزنقهاي تحت بار فشاري شبهاستاتيك به صورت عددي و تجربي بررسي شدهاست. هسته بالا و پايين ساختار با جهتگيري متقارن نسبت به هم و هسته وسط با جهتگيري متقاطع نسبت به دوهسته ديگر قرار گرفتهاند. ابتدا نمونه اوليه ساخته شد و به كمك آزمون فشار، جذب انرژي مخصوص و بيشينه نيرويي كه تحمل ميكند، محاسبه شد. يك مدل اجزاء محدود قابل اعتماد با نتايج تجربي به كمك شبيهسازي در نرم افزار ABAQUS حاصل شد. بهينهترين ساختار با قيد وزن ثابت و ارتفاع كلي ثابت ساختار و با تغيير ساير پارامترهاي هندسي ساختار به كمك مطالعه عددي در نرمافزار ABAQUS و به كمك مدل قابل اعتماد بهدست آمد. با مدلسازي تجربي ساختار بهينهشده و مقايسه با نتايج عددي، صحت مطالعات عددي بررسي شد. جذب انرژي مخصوص ساختار بهينهشده حدود 32 % نسبت به نمونه اوليه افزايش يافتهاست، همچنين بيشينه نيرويي كه ساختار تحمل ميكند حدود 24.5 ٪ بيشتر از نمونه اوليه است. در نهايت اثر تغيير ساير پارامترهاي هندسي ساختار بهينهشده از جمله: ضخامت ورقها، زاويه خطوط مورب هستهها و دامنه موج هستهها بر روي جذب انرژي مخصوص و بيشينه نيرويي كه ساختار تحمل ميكند، به صورت عددي و به كمك مدلسازي در نرمافزار ABAQUS بررسي شد.
Thesis summary

چندلايه هاي فلز_الياف (FMLs) چندلايه هاي تركيبي هستند كه از ورق هاي فلزي نازك ساخته شده اند و توسط لايه هاي نازك الياف_رزين مياني به يكديگر متصل مي شوند. بر اساس نوع ساختار، چندلايه اف-ام-ال مقاومت در برابر ضربه عالي، مقاومت در برابر شعله، سختي بالا و تحمل آسيب خوب و غيره، از خود ارائه مي دهد. در اين رساله، خصوصيات كششي نمونه هاي تخت و موج دار اف_ام_ال و خصوصيات خمشي پانل هاي ساندويچي با روكش و هسته ي موج دار ذوزنقه اي شكل ساخته شده با اين مواد، ابتدا به صورت تجربي و سپس بر پايه روش اجزاء محدود و تحليلي، مورد بررسي قرار مي گيرند. اف-ام-ال ساخته شده از جنس آلومينيوم 3105 و الياف شيشه بافته شده است. آزمايش كشش انجام شده بر روي نمونه هاي تخت اف-ام-ال بر اساس استاندارد D3039، رفتار الاستيك تا حدودي غيرخطي مانند مواد ترد را به نمايش گذاشته است. از آزمايش كشش انجام شده بر روي نمونه-هاي موج دار اف-ام-ال، در نمودار نيرو-جابه جايي حاصل، رفتار الاستو-پلاستيك ماده به دليل شكل هندسي و خصوصيات مواد سازنده نمونه مشاهده شده است. در ابتدا، نيروي اعمالي منجر به تغييرشكل نمونه در حين كشش، به خصوص چرخش در نواحي گوشه هاي سلول موج دار مي شود و رفتار الاستيك از خود به نمايش مي گذارد. سپس با پيشرفت خرابي و ايجاد تورق در لايه هاي ماده مركب و جدايش لايه ها بر اثر تغييرشكل نمونه و قرار گرفتن در معرض كشش خالص بعد از صاف شدن كامل نمونه موج دار، تغيير شيب شديدي رخ مي دهد. رفتار اف-ام-ال در آزمايش خمش سه نقطه مطابق با استاندارد C393بر روي پانل هاي ساندويچي بررسي شده است. شبيه سازي عددي با استفاده از نرم افزار آباكوس انجام شده است و بررسي تحليلي خصوصيات كششي و خمشي به شيوه تحليلي با كمك كدنويسي در نرم افزار متلب انجام شده است. نتايج به دست آمده از تطابق قابل قبولي با نتايج تجربي برخوردار است. در ادامه بهينه سازي پارامترهاي هندسي پانل هاي ساندويچي اف-ام-ال برپايه الگوريتم ژنتيك انجام گرفته است و با لحاظ نمودن قيودي نظير جرم و طول ثابت، بهبود خصوصيات خمشي و كششي پانل در قالب مسائل تك هدفه و چندهدفه حاصل شده است.
Thesis summary

هدف از اين پژوهش، بررسي رفتار كششي و برشي هسته هاي موجدار مرتبه اول و دوم و ارائه يك مدل المان محدود قابل اطمينان براساس نتايج تجربي است. در اين تحقيق ابتدا نمونه هاي تجربي تخت بر اساس استانداردهاي ASTM با روش لايه چيني دستي ساخته شد. پس از انجام آزمايش كشش بر روي نمونه ها، خصوصيات پايه اين نمونه ها استخراج شده و صحت نتايج مورد تأييد قرارگرفت. در ادامه، نمونه هاي موج دار ذوزنقه اي مرتبه اول و دوم با استفاده از الياف شيشه و رزين اپوكسي، ساخته شد و پس از قرارگرفتن تحت تست كشش و خمش، نمودار نيرو-جابجايي الاستيسيته حاصل از اين آزمايش ها به دست آمد. با استفاده از روابط لازم، ضريب برشي اين نمونه ها محاسبه گرديد. در ادامه شبيه سازي عددي در نرم افزار آباكوس انجام شده و صحت نتايج بدست آمده تأييد شد. سپس روابط تحليلي مربوطه براساس دو مدل براي هسته ساندويچي موجدار مرتبه اول به دست آمده و با نتايج تجربي مقايسه گرديد. بررسي هاي انجام شده نشان مي دهد كه نيروي قابل تحمل در هسته موجدار مرتبه دوم به مراتب بالا تر از هسته هاي مرتبه اول مي باشد، به اين معنا كه هسته مرتبه دوم مي تواند نيروي قابل تحمل را در هسته هاي مرتبه اول به ميزان بسيار زيادي (بيش از دو برابر) افزايش دهد.
Thesis summary

-
Thesis summary

-
Thesis summary

چكيده: ترانسديوسرهاي فراصوتي بخش اصلي از يك سيستم فراصوتي را تشكيل داده و وظيفه توليد امواج و نوسان مذكور را برعهده دارند. در نتيجه طراحي و تعيين ابعاد دقيق ترانسديوسر متناسب با فركانس طراحي از اهميت بالايي برخوردار است. در طراحي و ساخت ترانسديوسرهاي پيزوالكتريكي فراصوتي از يك پيچ مركزي جهت اعمال پيش تنش به منظور افزايش تنش تسليم كششي پيزوالكتريك ها و ايجاد سطح تماس مناسب بين اجزاي مختلف ترانسديوسر استفاده مي شود. هدف از اين پژوهش بررسي اثر پيش تنش در مدل سازي عددي و روابط تحليلي مربوط به طراحي ترانسديوسرهاي پيزوالكتريكي فراصوتي مي باشد. در اين تحقيق ابتدا سه نوع ترانسديوسر پيزوالكتريكي فراصوتي با فركانس طراحي 25kHz، 22kHz و30kHz به ترتيب با قطعه تطبيق استوانه اي، پله اي و مخروطي در دو حالت بدون اعمال پيش تنش و با اعمال پيش تنش توسط نرم افزار المان محدود مدل سازي و مورد تحليل قرار گرفته اند. مدل سازي عددي توسط نرم افزار المان محدود آباكوس، بصورت سه بعدي كامل و با استفاده از قابليت Bolt load در اين نرم افزار انجام شده است، سپس حل براساس معادله انتشار موج بصورت يك بعدي و روابط تحليلي مربوط به طراحي ترانسديوسر در دو حالت بدون اعمال پيش تنش و با اعمال پيش تنش انجام شده و نتايج بدست آمده با مقاديراندازه گيري شده مقايسه گرديد. نتايج بدست آمده از مدل سازي عددي نشان داد كه با اعمال پيش تنش در ترانسديوسرها، مقدار فركانس رزونانس ترانسديوسرها كاهش پيدا كرده است. علت تغيير فركانس رزونانس تغيير در ماتريس سختي در اثر كاهش طول ترانسديوسر، توزيع تنش هاي كششي و فشاري در بخش هاي مختلف ترانسديوسر و تغيير شكل هاي جانبي ناشي از سفت كردن پيچ مركزي در قسمت هاي هاي مختلف ترانسديوسرمي باشد، خطاي طراحي در مدل سازي عددي ترانسديوسر با فركانس رزونانس 25kHz از 6.8% به 5.2% كاهش يافته است و همچنين براي ترانسديوسر با فركانس رزونانس 22kHz خطاي طراحي از 2.1% به13% تغيير كرده است و خطاي طراحي ترانسديوسر 30kHz از 9.3% به 0.04% كاهش يافته است، همچنين مشاهده شد كه با اعمال اثر پيش تنش در روابط تحليل يك بعدي، خطاي طراحي ترانسديوسر با فركانس رزونانس 25kHz از 7.7% به 7.6% و ترانسديوسر با فركانس 22kHz درصد خطا از 1.7% به 0.08% و ترانسديوسر 30kHz خطا از14% به 13% تغيير يافته است. بصورت كلي مي توان نتيجه گرفت
Thesis summary