توضیحات
عنوان: کمانش ورق بیضوی FGM بر بستر الستیک
- مقدمه
- پیشینه پژوهش
- منابع
– مقدمه
سازه‌های به‌کار رفته در ماشین‌آلات و طرح‌های گوناگون اقتصادی و صنعتی از اجزاء متفاوتی تشکیل می‌گردند که یکی از مهم‌ترین قسمت‌های آن ورق‌ها می‌باشند. ورق‌ها در شکل‌ها و ضخامت‌های گوناگون طراحی و تولید می‌گردند. به‌طور کلی از شکل و ضخامت ورق به عنوان دو پارامتر اساسی در طراحی آن یاد می‌شود و بر همین اساس نیز تئوری‌های مختلف در زمینه تحلیل مرتبط با آن بنا نهاده شده است.
ورق‌ها در بسیاری از سازه‌های مکانیکی تحت اثر بارهای کششی، خمشی، فشاری و برشی در شرایط متفاوت قرار می‌گیرند، که تحلیل این نوع بارگذاری و شرایطی که بعد از آن برای ورق پیش می‌آید از اهمیت بسزایی برای طراحان در صنایع مختلف، برخوردار است. ورق به‌عنوان سازه‌ای که در آن یک بعد (ضخامت) نسبت به دو بعد دیگر بسیار کوچک است و در ابتدا مسطح می‌باشد، معرفی می‌شود. صفحه میز، پوشش با دریچه‌ی سوراخ‌های آدم‌رو خیابان‌ها، پانل‌های جانبی و سقف ساختمان‌ها، دیسک‌های توربین، دیواره‌ها و کف مخازن، ورق‌های به‌کار رفته در درب هواپیما و بسیاری دیگر از نمونه‌های معمول آن هستند.
در واقع هندسه طراحی ایجاب می‌کند که مهندس طراحی از شکل‌های دیگری علاوه بر دایروی و مستطیلی برای مسائل کاربردی استفاده کند. برای مثال قسمت انتهایی تانک‌های حمل سوخت و دیوارها در تجهیزات پتروشیمی و مخازن تحت فشار با ورق بیضوی مدل می‌شوند. همچنین وقتی شكل ورق نزدیك به حالت بیضوی است، می‌توان برای سادگی مدل‌سازی تحلیلی آن را به‌صورت بیضوی مدل كرد. برای مثال، یك سازه متشكل از یك ورق مستطیلی و دو ورق نیم دایره‌ای متصل به آن در طرفین را می‌توان با ورق بیضوی به‌صورت تقریبی مدل كرد.
ناپایداری ورق‌ها تحت بار صفحه‌ای استاتیکی به کمانش ورق می‌انجامد که به دلیل تغییر شکل‌های بزرگ سازه در این حالت، کارایی ورق تا حد زیادی از بین خواهد رفت. تاکنون روش‌های متفاوتی برای تحلیل ورق‌ها ارائه شده است. روش تحلیل رفتار ورق با استفاده از تئوری الاستیسیته‌ی سه‌بعدی اگر‌چه روشی پایه‌ای و دقیق محسوب می‌شود، اما به دلیل تحلیل سه‌بعدی ورق با پیچیدگی‌ها و دشواری‌هایی همراه است.
برای کاهش این پیچیدگی‌ها و با این فرض که در ورق‌ها عمدتاً ضخامت نسبت به ابعاد دیگر بسیار کوچک است، تئوری‌هایی موسوم به تئوری‌های ورق ارائه شده‌اند. ساده‌ترین تئوری در تحلیل ورق‌ها، تئوری کلاسیک ورق است. این تئوری که بر پایه‌ی فرضیات کیرشهف استوار است، اثر تغییر شکل برشی و عمودی را در راستای ضخامت در نظر نمی‌گیرد. به منظور کاهش خطا در تحلیل ورق‌های نسبتاً ضخیم، تئوری دیگری موسوم به تئوری تغییر شکل برشی معرفی شده است. در این تئوری، اثر تغییر شکل برشی در راستای ضخامت در نظر گرفته می‌شود. رایجترین تئوری مرتبه‌ی بالاتر برشی، تئوری برشی مرتبه‌ی سوم است. در این تئوری، هر صفحه‌ی مسطح و عمود بر صفحه‌ی میانی ورق، پس از تغییر شکل مسطح و عمود، باقی نمی‌ماند. گرچه تئوری‌های برشی ورق در تحلیل ورق‌های ضخیم نتایج خوبی از خود به جای گذاشته‌اند، اما به دلیل در نظر نگرفتن اثر کرنش‌های عمودی، هنوز با جواب‌های دقیق فاصله دارند.
كمانش یكی از پیچیده‌ترین پدیده‌ها در مكانیك جامدات می‌باشد. با توجه به این كه سیستم‌های واقعی فیزیكی یا مسائل مهندسی كه به واسطه این پدیده ایجاد می‌شوند به كمك معادلات پاره‌ای توصیف می‌شوند، در اكثر حالت‌ها، حل بسته آنها سخت است. بدین سبب، روش‌های تقریبی عددی به‌صورت گسترده‌ای برای حل این معادلات، مورد استفاده قرار می‌گیرند. از یكی از این روش‌های حل، می‌توان به مربعات دیفرانسیل اشاره كرد از. مزایای این روش دستیابی به دقت محاسباتی مناسب در عین كم بودن تعداد گره‌های محاسباتی است.
در سال‌های اخیر، با توسعه موتورهای پرقدرت صنایع هوا و فضا، توربین‌ها و راكتورها و دیگر ماشین‌ها، نیاز به موادی با مقاومت حرارتی بالا و مقاوم‌تر از لحاظ مكانیكی احساس شده است. درسال‌های قبل در صنایع هوا و فضا از مواد سرامیكی خالص جهت پوشش و روكش‌دهی قطعات با درجه كاركرد بالا استفاده می‌شد. این مواد عایق‌های بسیار خوبی بودند، ولی مقاومت زیادی در برابر تنش‌های پسماند نداشتند. تنش‌های پسماند در این مواد باعث بروز مشكلات زیادی از جمله ایجاد حفره و ترك می‌گردید كه بعدها از مواد كامپوزیتی استفاده شد. تنش‌های حرارتی در این مواد نیز موجب پدیده لایه‌لایه شدن می‌گردید. با توجه به این مشكلات طرح ماده‌ای مركب كه هم مقاومت حرارتی و مكانیكی بالا داشته و هم مشكل لایه‌لایه شدن نداشته باشد ضرورت پیدا كرد. دانشمندان علم مواد برای اولین‌بار مواد هدفمند را به‌عنوان مواد با تحمل حرارتی بالا پیشنهاد نمودند.
مواد تابعی یا هوشمند (به اختصار FGM) از جمله موادی هستند که به واسطه تغییر تدریجی ترکیبات شیمیایی، توزیع و جهت‌گیری و یا اندازه فاز تقویت کننده در یک یا چند بعد خواص متفاوتی را در مناطق مختلف از خود بروز می‌دهند. این تغییر تدریجی ساختار و خواص منجر به گسترش کاربرد این گونه مواد شده است. بخصوص در مواردی که نیاز به خواص متفاوت در مناطق مختلف باشد. با توجه به کاربردهای مختلف این مواد در صنایع هوایی، نظامی و دفاعی، بررسی روش‌ها و تکنیک‌های ساخت این مواد از اهمیت و ضرورت بالایی برخوردار است.
ایده مواد هوشمند در پایان دهه ۱۹۴۰ و آغاز دهه ۱۹۵۰ در صنایع دریایی عملی شد. مواد مرکب از ترکیب دو یا چند ماده متفاوت بوجود می‌آیند که خواص فیزیکی متفاوت و گاهی ناسازگار از خود بروز می‌دهند. عدم سنخیت رفتار مواد کامپوزیتی، موجب ایجاد تمرکز تنش و ایجاد گسستگی در مرز لایه‌ها در اثر بار گذاری مکانیکی و حرارتی می‌شود.
در مواد FGM به دلیل پیوستگی موجود در خواص مکانیکی، حرارتی و مغناطیسی، تنش‌ها و گرادیان آنها حالت پیوسته‌ای پیدا می‌کنند که موجب استحکام ماده می‌شود و همین تغییرات تدریجی خواص در ساختار مواد FGM موجب استحکام بین لایه‌های مختلف آن می‌شود. در صورتی که در مواد مرکب کامپوزیتی، تداخل بین ساختار‌های زمین های الیاف، نوعی ناهماهنگی در خواص مکانیکی ایجاد می‌کند.
مواد هوشمند در ابتدا در سال ۱۹۸۴ توسط گروهی از دانشمندان در دانشگاه سندائی ژاپن مطرح گردید. از آن پس بر روی مواد هوشمند تحقیقات وسیعی انجام شد. بدلیل خاصیت تغییر پیوسته این مواد در فضای با مقیاس ماکروسکوپیک، گاهی اوقات استفاده از FGM از نظر رفتار مکانیکی نسبت به مواد با ساختار فیبری، ترجیح داده می‌شود.
مواد FGM با توجه به نوع خواص و رفتار مدنظر، می‌توانند کاربردهای گسترده‌ای داشته باشند. این خواص شامل خواص حرارتی، خواص مکانیکی (شامل الاستیک، تغییر شکل‌های پلاستیک، شکست، پوشش‌دهی)، خواص و رفتارهای ترمومکانیکی و خواص نوری و الکتریکی هستند. بنابراین با توجه به گستردگی و قابلیت‌های ویژه این مواد، بررسی روش‌های مختلف ساخت آنها از اهمیت بالایی برخودار است.
مواد هدفمند با توجه به روش‌های ساخت، به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند: نازک و حجمی. نوع نازک شامل مقاطع باریک و پوشش‌های سطحی می‌شود و نوع دوم شامل شکل‌های حجمی با فرآیندهای تولید بشدت مشکل هستند. با در نظر گرفتن قابلیت‌های این مواد، برخی از کاربردهای مواد هدفمند عبارت است از: هواپیما، فضاپیما، اتومبیل، کاربردهای دفاعی در پوشش‌های زره‌ای، پزشکی، سنسورها، در حوزه انرژی، کاربردهای الکترونوری و… .
مواد هدفمند اینگونه توصیف شدند که فاز تقویت کننده و مواد زمینه در حالت پیوسته (نه به‌صورت گسسته مانند مواد مرکب) بتدریج تغییر می‌کند. هر ماده چند فازى محدودهایى از فضا را به خود اختصاص می‌دهد، لذا به‌صورت تابعى شناخته شده است.
این مواد قادر به تحمل درجه حرارت بسیار بالا و اختلاف درجه حرارت شدید بوده و مقاوم در مقابل خوردگی و سایندگی بوده و مقاومت بالایی در مقابل شکست دارند. در حال حاضر از این مواد برای سازه‌هایی که باید در مقابل درجه حرارت بالا مقاوم باشد، استفاده می‌شود. امکان بهینه کردن تغییرات تنش در مواد هدفمند با تغییر مناسب پروفیل مواد ساختاری از ویژگی‌های برجسته این مواد است. با پیشرفت صنایع جدید، بسیارى از ماشین‌ها و سازه‌ها با دماى بالا مواجه هستند که انواع مختلف بارگذاری‌هاى حرارتى را در پى خواهد داشت.
یکی از علت‌های تنش حرارتى، افزایش دما می‌باشد. وقتى یک ماده با تغییرات دما روبرو می‌شود، لایه‌هاى مختلف ماده، مقادیر مختلفى انبساط پیدا می‌کند. براى حفظ پیوستگى ماده، یک سیستم تنش و کرنش حرارتى معرفى می‌شود که بستگى به شکل جسم و توزیع دما در جسم دارد. حتى هنگامى که تغییرات دما وجود ندارد، ممکن است تنش حرارتى به وجود آید. به‌طور مثال هنگامى که انبساط آزاد توسط قیدهاى خارجى محدود می‌شود. این مورد هنگامى رخ می‌دهد که یک جسم، از مواد مختلفى با ضرایب انبساط مختلف تشکیل شده و یا داراى ناهمگنى در ریز ساختار باشد. قطعاتى که از جنس مواد ترد هستند، تنش‌هاى حرارتى (به اضافه تنش‌هاى مکانیکى حاصل از نیروهاى خارجى) می‌تواند باعث ایجاد ترک و شکست قطعه شود.
توجه:
برای دانلود فایل کامل ورد لطفا اقدام به خرید نمایید.
لینک دانلود فایل بلافاصله پس از خرید بصورت اتوماتیک برای شما ایمیل می گردد.
به منظور سفارش تحقیق مرتبط با رشته تخصصی خود بر روی کلید زیر کلیک نمایید.
سفارش تحقیق
دیدگاهها
هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.