پروژه / تحقیق آماده: بررسی و تحلیل ارتعاشات در ورق های کامپوزیتی (117 صفحه فایل ورد - word) به همراه پاورپوینت

اختصاصی از رزفایل پروژه / تحقیق آماده: بررسی و تحلیل ارتعاشات در ورق های کامپوزیتی (117 صفحه فایل ورد - word) به همراه پاورپوینت دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

     مقدمه

امروزه مواد ناهمسان در ضخامت به عنوان موادی با مقاومت گرمایی بالا و تنش های گرمایی پایین شهرت یافته اند. کاربرد این مواد در سازه هایی که در معرض محیط هایی با شوک های گرمایی قرار می گیرند، مانند سازه های فضایی، مرسوم است. گرچه این مواد در ابتدا به منظور استفاده در سازه های فضاپیما و رآکتورهای هست های طراحی شدند؛ ولی در سال های اخیر کاربرد فراوانی پیدا کرده اند که از آن جمله می توان به اجز ای موتورهای انفجاری، وسایل مغناطیسی، ابزار برش و پوشش محفظه احتراق پیشران موشک نام برد [1]. این مواد که جز و مواد کامپوزیتی جدید دسته بندی می شوند؛ اولین بار توسط گروهی از دانشمندان ژاپنی [3-2] در سال ۱۹۸۴ تولید شد . شکل معمول مواد ناهمسان در ضخامت ۱، از سرامیک و فولاد تشکیل شده است. سرامیک توانایی مقاومت در مقابل بارهای گرمایی شدید در محیط هایی با درجه گرمای بالا را دارد؛ در طرف مقابل فولاد توانایی کاهش تنش های کششی ایجاد شده در مراحل اولیه خنک شدن سرامیک را دارا ست. به دلیل تغییرات تدریجی و پیوسته خواص مواد از یک سطح به سطح دیگر، مواد ناهمسان در ضخامت، مشکلات کامپوزیت های لا یه ای از جمله ترک ها و حفره های ایجاد شده در مرز مشترک لایه ها برطرف کرده است و تغییرات تنش در ضخامت بدون شکستگی و به صورت هموار اتفاق می افتد.

با توجه به کاربرد فراوان مواد ناهمسان در ضخامت، حل دقیق معادلات دیفرانسیل حاکم بر آن، اهمیت ویژه ای پیدا کرده ولی حل دقیق این معادلات به دلیل پیچیدگی آن ها، تنها در مسائل خاص از نظر شکل هندسی ورق، شرایط مرزی، توزیع نیروهای درو ن صفحه و ارده و همسانی ماده موجود است و در اکثر مسائل، الزامًا باید از رو ش های عددی همچون روش های ریتز، گالرکین، سری های ریاضی، اجزای محدود، نوار محدود و تفاضل های محدود استفاده کرد. قابل ذکر است که روش های عددی، اگر به طور مناسبی مورد استفاده قرار گیرند، می توانند با دقت لازم به حل دقیق نزدیک شوند. این دقت بستگی به تعداد جملات حل یا درجات آزادی مس ئله دارد. البته در روش های عدد ی، معمولا تعیین نتایج با دقت زیاد، نیازمند حل یک دستگاه معادلات خطی بزرگ است . در میان حالات مختلف ورق از نظر شکل هندسی، حل دقیق ممکن است برای ورق مستطیلی و دایروی یافت شود که معادلات حاکم بر رفتار آن ها به ترتیب در دستگاه متعامد و قطبی قابل ارائه است . در همین راستا، محققان به دنبال راه حل های ساده سازی معادلات دیفرانسیل اند تا از پیچیدگی های موجود در حد امکان کاسته شود. از جمله پیچیدگی های موجود در حل دقیق مسائل ورق، می توان به شرایط مرزی پیچیده، بارگذاری های مختلف و درگیری تغییرمکان های درون صفحه و برون صفحه اشاره کرد . برای مثال، حذف درگیری تغییرمکان های درون صفحه و برون صفحه رابطه ای مستقیم با کاهش هزینه ها و افزایش سرعت محاسبات دارد و علاوه بر آن، امکان حل دقیق معادلات دیفرانسیل را به صورت چشم گیری افزایش می دهد. یکی از روش های حل دقیق، الاستیسیته سه بعدی است که در عین رسیدن به حل دقیق، در اندکی از مسائل حل آن امکانپذیر است. لی یو چونگ و همکارش [4] ، پاسخ دینامیکی ورق تحت شرایط تکیه گاهی ساده را با استفاده از نظریه الاستیسیته سه بعدی توسعه دادند . سپس سرینیواز و همکاران [5] با استفاده از نظریه الاستیسیته سه بعدی خطی به تحلیل ارتعاش آزاد ور قهای مستطیلی ضخیم همگن و لایه ای تحت شرایط تکیه گاهی ساده پرداختند . ایشان [6]  با استفاده از همین نظریه، خمش، ارتعاش و کمانش ورق های ضخیم ارتوتروپیک با شرایط تکیه گاهی ساده را مورد مطالعه قرار دادند . لوینسون [7]  ارتعاش آزاد ورق مستطیلی با شرایط تکیه گاهی ساده را با استفاده از نظریه الاستیسیته سه بعدی برای ورقی با ضخامت متغیر تحلیل کرد. ویتریک [8]  با نظریه الاستیسیته سه بعدی، کمانش و ارتعاش آزاد تعدادی از ورق ها را به روش دقیق حل کرد . نور و همکاران  [9] به بررسی تنش و ارتعاش آزاد ور قهای کامپوزیت لایه ای نامتقارن با لایه های زاویه دار  و متعامد  از روش دقیق  الاستیسسته سه بعد ی پرداختند . با رشد روز افزون تکنولوژی و پیچیده تر شدن خواص مواد مورد استفاده در ورق، امکان حل دقیق نظریه الاستیسیته آن ها نیز به همان نسبت کاهش یافت. در این راستا دانشمندان با استفاده از نظریه های دوبعدی از جمله نظریه کلاسیک ورق، نظریه برشی مرتبه اول و نظریه برشی مرتبه بالا، به حل دقیق ارتعاش آزاد ورق ها تحت شرایط تکیه گاهی ساده پرداختند . لین و کینگ [10]  با استفاده از نظریه کلاسیک ورق به بررسی ارتعاش آزاد ورق های نامتقارن لایه ای پرداخ تند و به روش دقیق فرکانس ارتعاش آزاد ور ق های نامتقارن لایه ای زاویه دار و متعامد را به دست آورند. گورمن [11]  تحلیل دقیق ارتعاش آزاد صفحات مستطیلی با تکیه گاه های مختلط، از جمله ساده و گیردار را ارائه کرد . ردی و فان [12]، پایداری و ارتعاش ور ق های ایزوتروپیک، ارتوتروپیک و ورق های لایه ای را با استفاده از نظریه برشی مرتبه بالا به روش دقیق تحلیل کردند . اسکیوا [13]  با نظریه الاستیسیته سه بعدی، نظریه کلاسیک ورق های لایه ای (نظریه کیرشهف) و نظریه برشی تیموشینکو- میندلین به حل دقیق ورق های ارتوتروپیک، با استفاده از سه ضریب تصحیح برش پرداخت؛ و ارتعاش، خمش و کمانش این ورق ها با تکیه گاه های مفصلی را بررسی کرد. خدیر [14]  ارتعاش آزاد و کمانش ورق های متقارن لایه ای را با استفاده از نظریه کلاسیک ورق به روش دقیق تحلیل کرد . خدیر [15] در سال ۱۹۸۹ به مقایسه نظریه تغییرشکل برشی و نظریه کیرشه ف برای محاسبه خمش، کمانش و ارتعاش آزاد ورق های پادتقارن  زاویه دار لایه ای پرداخت. حل دقیق ارتعاش آزاد ورق های ضخیم د ای روی با تکیه گاه های ساده توسط مکجی [16] از نظریه میندلین مورد بررسی قرار گرفت . چن و همکاران  [17] در مورد تحلیل ارتعاش آزاد ورق های استوانه ای ایزوتروپیک بر روی تکیه گاه الاستیک میانی، تحقیق کردند و فرکانس ارتعاش این ورق ها را محاسبه کردند. بوسکولا و همکارش [18] با استفاده از روش ماتریس سختی دینامیکی به بررسی ارتعاش درون صفحه ورق پرداخته و صحت نتایج را با استفاده از نتایج مدل سازی عددی به روش اجزای محدود توسط نرم افزار آباکوس مقایسه کردند . سیانگ  [19] حل دقیق ارتعاش آزاد ورق های دایروی بر روی تکیه گاه های هم محور حلقوی شکل را ارائه کرد. لی [20] حل دقیق ارتعاش آزاد صفحات ایزوتروپیک مستطیلی با فرض تغ ییرات جرم به صورت خطی با تکیه گاه های فنری انتقالی را ارائه کرد . حاتمی و همکاران [21]  با استفاده از نظریه کلاسیک ورق به بررسی ارتعا ش آزاد ورق های لایه ای در حال حرکت با استفاده از نوار محدود دقیق و اجز ای محدود پرداخته و به محاسبه فرکانس های ارتعاش آزاد ورقهای چنددهانه بر روی تکیه گاه های الاستیک پرداختند.

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                        صفحه

فهرست شکل‌‌ها ‌ج

فصل 1-    مروری بر کامپوزیت ها و روابط ساختاری آنها 1

1-1-    تعریف کامپوزیت... 1

1-2-    تاریخچه کامپوزیتها 1

1-3-    مزایای استفاده ازکامپوزیت ها 2

1-4-    کاربرد کامپوزیتها 3

1-5-    طبقه بندی کامپوزیتها 5

1-5-1-     کامپوزیتهای ذره ای(تقویت شده باذرات... 5

1-5-2-     کامپوزیتهای لیفی(تقویت شده باالیاف) 6

1-6-    انواع الیاف مورداستفاده درکامپوزیت ها 7

1-6-1-      الیاف شیشه: 7

1-6-2-      الیاف کربن   8

1-6-3-      الیاف آرامید (کولار) 8

1-6-4-      الیاف برن (Boron ) 9

1-6-5-      الیاف پلی اتیلن.. 9

1-6-6-      الیاف سرامیکی.. 9

1-6-7-      الیاف فلزی   9

1-7-    ماتریس های پلیمری.. 10

1-7-1-     ماتریس اپوکسی.. 10

1-7-2-     ماتریس پلی استر. 11

1-7-3-     ماتریس فنولیک... 12

1-8-    معادلات ساختاری کامپوزیت ها 12

1-8-1-     قانون عمومی هوک... 12

1-9-    تقارن مواد. 15

1-9-1-     مواد منوکلینیک... 15

1-9-2-     مواد اورتوتروپیک... 18

1-9-3-     ایزوتروپ جانبی.. 20

1-9-4-     مواد ایزوتروپ... 21

1-10-  ثابتهای مهندسی.. 22

1-11-  ماتریس های سفتی در یک لمینیت... 26

1-12-  ثابت های مهندسی یک لایه چینی.. 28

1-13-  ثابت های مهندسی درون صفحه ای یک چندلایه. 29

1-13-1-   ثابت های کششی یک چند لایه  [6]. 29

1-13-2-   ثابت های خمشی یک چندلایه[6]. 30

فصل 2-   حل نیمه تحلیلی معادلات حاکم بر ارتعاشات در ورق های ایزوتروپیک.... 2

2-1-    مقدمه  2

2-2-    شرح کلی مراحل.. 4

2-3-    ارضاء شرایط مرزی.. 7

2-4-    نحوه ارضاء بارگذاری در بالا و پایین ورق.. 7

2-5-    مثال  8

فصل 3-   تحلیل ارتعاشات غیرخطی ورق کامپوزیتی با الیاف حافظه دار. 14

3-1-    مقدمه  14

3-2-    مدلسازی رفتار آلیاژ حافظه دار 20

3-3-    رابطه تنش - کرنش ورق کامپوزیتی تقویت شده با آلیاژ حافظه دار سوپرالاستیک.... 23

3-4-    استخراج روابط حاکم بر ورق.. 25

3-5-    صحه گذاری نتایج کنونی.. 32

3-6-    بررسی و بحث نتایج.. 35

3-7-    مراجع  37

فصل 4-   ارتعاش آزاد ورق نازک کامپوزیتی.. 40

4-1-    مقدمه  40

4-2-    مواد ناهمسان در ضخامت... 45

4-3-    نظریه کلاسیک ورق.. 48

4-4-    غیر درگیر کردن تغییر مکان های درون صفحه و برون صفحه. 55

4-5-    حل معادلات ورق ناهمسان در ضخامت به روش نوار محدود دقیق.. 58

4-6-    نتایج عددی.. 62

4-6-1-    کلیات... 62

4-6-2-    ورق ایزوتروپیک و ارتوتروپیک چهار طرف مفصل.. 66

4-7-    ورق ناهمسان در ضخامت با شر ایط تکیه گاهی چهار طرف مفصل.. 66

4-8-    ورق ناهمسان در ضخامت تک دهانه با شرایط  تکیه گاهی مختلف... 72

4-9-    ورق ناهمسان در ضخامت با تکیه گاه های میانی.. 73

4-10-  مراجع  75

فصل 5-   جمعبندی و پیشنهادات... 80

فهرست شکل‌‌ها

عنوان                                                                                                        صفحه

شکل ‏2‑1:  نمونه هایی ازکاربرد کامپوزیت هادرصنایع مختلف... 4

شکل ‏2‑2: تقارن نسبت به صفحه x1-x2 16

شکل ‏2‑3: لایه تک جهته off axis. 18

شکل ‏2‑4: تقارن نسبت به صفحات x1-x2   و x2-x3 19

شکل ‏2‑5: کامپوزیت اورتوتروپ... 20

شکل ‏2‑6: ماده ایزوتروپ جانبی.. 21

شکل ‏2‑7: ثابتهای مهندسی برای مواد ایزوتروپ عرضی.. 24

شکل ‏2‑8: پارامترهای مختلف مربوط به یک لایه چینی []. 26

شکل ‏2‑1: موئلفه های تنش سطحی درسطح بالا و پایین ورق.. 35

شکل ‏2‑2: آرایش نقاط روی سطوح بالا و پایین.. 38

شکل ‏2‑3: آرایش نقاط روی لبه های مرزی.. 38

شکل ‏2‑4: tz سطح بالایی.. 40

.شکل ‏2‑5: tz سطح پایینی.. 40

شکل ‏2‑6: مقادیر (texact - ts ) در سطوح بالا و پائین.. 41

شکل ‏3‑1: سیمهای SMA جاسازی شده درون ورق کامپوزیت [3]. 46

شکل ‏3‑2: استقرار سیمهای SMA در صفحهی جداگانه نسبت به ورق کامپوزیت []. 46

شکل ‏3‑3: رابطه تنشهای بحرانی استحاله، یا تبدیل مارتنزیت غیردوقلویی و دما [22]. 52

شکل ‏3‑4: ابعاد ورق مورد بررسی و سوی مثبت محورهای مختصات آن. 53

شکل ‏3‑5: نیروی ضربه ای وارد بر ورق.. 60

شکل ‏3‑6: نمودار تغییرات خیز گره میانی ورق نسبت به زمان. 64

شکل ‏3‑7:  ارتعاشات ورق کامپوزیت تقویت شده با خصوصیات مندرج در جدول 3.. 66

شکل ‏4‑1: مواد ناهمسان در ضخامت  [35] 74

شکل ‏4‑2: تغییرات کسر حجمی در ضخامت ورق برای مقادیر مختلف p طبق معادله 1-ب 50=p  77

شکل ‏4‑3: نحوه تغییرشکل مقطع ورق بر اساس نظریه کلاسیک ورق [29] 80

شکل ‏4‑4: الف-ورق تحت بارهای درو نصفحه که به سه نوار محدود تقسیم شده است و نمایش نیروها بر روی یک جزء بینهایت کوچک از ورق ب) یک نوار محدود با تغییرمکا نها و نیروهای خطوط گرهی آن.. 80

شکل ‏4‑5: صفحه جدید (z′)که حول آن عناصر ماتریس درگیرکننده برابر صفر است (Bi′j = ( 0.. 84

شکل ‏4‑6: ورقی با شرایط تکیه گاهی CSSF که معرف لبه های گیردار(C) ساده، (s) و آزاد (F) می باشد. 84