پایان نامه بررسی و تحلیل تاثیر جدایش صفحات مرکب لایه ای بر رفتار ارتعاشی آنها، مهندسی مکانیک

---

عنوان:  پایان نامه بررسی و تحلیل تاثیر جدایش صفحات مرکب لایه ای بر رفتار ارتعاشی آنها، مهندسی مکانیک

رشته:  پروژه تخصصی دوره کارشناسی‌،مهندسی مکانیک گرایش حرارت و سیالات

فرمت فایل: WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحه: ۱۰۰

 

بهمرا فایل پاورپوینت  جهت ارائه پایان نامه

 

 

چکیده:

 در پایان نامه حاضر تاثیر جدایش (ترک) در صفحات چند لایه ای مرکب با استفاده از روش عددی المان محدود بر مبناء جابجایی و همچنین با استفاده از نرم افزار  ANSYS مورد بررسی قرار گرفته است. در فصل اول همین پایان نامه مقدمه ای بر مواد کامپوزیت چند لایه ای  آورده شده است و در فصل دوم مکانیک شکست مواد مهندسی توضیح داده شده است در فصل سوم مکانیک شکست در مواد کامپوزیت ارائه گردیده در دنباله همین فصل مکانیک شکست و خستگی دو نمونه DBC, ENF برای تشریح رشد ترک در مد I,II شکست آورده شده است در  فصل چهار پایان نامه نتایج المان محدود بر مبنای جابجایی برای تیرها و صفحات کامپوزیت چند لایه ای لایه لایه شده (ترک دار) ارائه شده در فصل پنجم دو نمونه از صفحه کامپوزیت چند لایه ای لایه لایه شده (ترک دار) با استفاده از نرم افزار ANSYS تحلیل گردیده و نتایج بصورت جداول و نمودارها نشان داده شده است و در انتهای   پایان نامه ضمیمه ها و رفرنسها آورده شده است.

 

 

فهرست مطالب

عنوان                                                                  

فصل اول: مقدمه ای مواد کامپوزیت

۱-۱- مقدمه و تعریف.

۱-۲- اجزاء تشکیل دهنده مواد مرکب

۱-۲-۱- ویژگیهای الیاف

۱-۲-۲-  ویژگیهای پرکننده ها

۱-۳- طبقه بندی مواد مرکب.

۱-۳-۱- مواد مرکب فیبری

۱-۳-۲- مواد مرکب ذره ای

۱-۳-۳- مواد مرکب چند لایه‏ای.

۱-۴- الیاف شیشه

۱-۵- رزین اپوکسی

۱-۶-  معیارهای گسیختگی در مواد کامپوزیت ارتوتروپ.

۱-۶-۱- تئوری تنش ماکزیمم.

۱-۶-۲-  تئوری کرنش ماکزیمم.

۱-۶-۳- تئوری تسای – هیل

۱-۶-۴- تئوری تسای – وو

۱-۶-۵- تئوری پوک

۱-۶-۶- تئوری پاپواونسن

فصل دوم: مقدمه ای بر مکانیک شکست

۲-۱- شکست

۲-۱-۱- شروع ترک.

۲-۱-۲- مرحله اول رشد ترک:

۲-۱-۳- مرحله دوم رشد ترک.

۲-۲- مودهای شکست

۲-۲-۱- مود I شکست.

۲-۲-۲- مودII شکست.

۲-۲-۳- مود III  شکست.

۲-۳- معیارهای شکست.

۲-۳-۱- فاکتور تمرکز تنش.

۲-۳-۲- روش تعادل انرژی گریفیث

۲-۳-۳-  تئوری اصلاح شده گریفیث (اصل ایروین- اروان)

۲-۴- انتشار ترک تحت بارهای سیکلیک

فصل سوم: شکست در مواد کامپوزیت

۳-۱- مقدمه

۳-۲-  نمونه E.N.F.

۳-۳- تئوری آهنگ رهایی انرژی

۳-۴- جدایش در اثر بارهای سیکلیک

فصل چهارم: ارتعاشات سازه های کامپوزیتی ترک دار (لایه لایه شده)

۴-۱- مقدمه:

۴-۲- تیر کامپوزیتی لایه لایه شده

۴-۳- ارتعاشات طبیعی یک تیرکامپوزیتی با انتشار ترک.

۴-۴- ارتعاشات طبیعی صفحه کامپوزیتی یک سرگیردار با یک ترک

فصل پنجم: انجام آنالیز مودال با نرم افزار ANSYS

۵-۱- مقدمه

۵-۲- مراحل انجام آنالیز مودال ( تنش آزاد )

۵-۲-۱- مدل سازی.

۲- المان Solid95:

۳- المان Contac49 :

۵-۲-۲- خواص مکانیکی نمونه

۵-۲-۳- مدل هندسی ومش بندی نمونه

۵-۲-۴- اعمال شرایط مرزی :

۵-۳- مدل سازی نمونه ها توسط نرم افزار  و بدست آوردن فرکانسهای طبیعی

۵-۳-۱- مدل سازی نمونه کامپوزیتی بدون ترک:

۵-۳-۲- بررسی تاثیر طول و موقعیت ترک (جدایش) در رفتار ارتعاشی صفحات کامپوزیتی به کمک نرم افزار

۵-۳-۳- تاثیر تغییر پارامترهای نشان داده شده در شکل (۷- b13)  روی رفتار ارتعاشی صفحه کامپوزیتی مدل I

۵-۳-۴-  تاثیر تغییر  پارامترها

۵-۳-۵-  نمونه و شکل مدهای ارتعاشی صفحه کامپوزیتی  برای  مدل  II  ترک (جدایش)

نتیجه گیری:

منابع :

 

 

فهرست جدولها

عنوان                                                                                                 

جدول ۱-:۱ مقایسه خواص مکانیکی چند نوع الیاف مختلف

جدول ۱-۲ : ویژگیهای رزین اپوکسی ریخته گری شده (در دمای ۲۳CC  )

جدول ۴-۱ خصوصیات مکانیکی کامپوزیت شیشه – اپوکسی.

جدول ۵-۱: خصوصیات فیبر کربن و رزین اپوکسی

جدول ۵-۲ :فرکانسهای طبیعی اول تا سوم ، بر حسب طول ترک

جدول ۵-۳: فرکانسهای طبیعی صفحه کامپوزیتی مدل I  بر حسب  Xc .

جدول ۵-۴: فرکانسهای طبیعی صفحه کامپوزیتی مدل I  بر حسب موقعیت عرضی ترک .

جدول ۵-۵: فرکانسهای طبیعی نمونه ترکدار II بر حسب تغییر t.

جدول ۵-۶: فرکانسهای طبیعی نمونه ترکدار II بر حسب تغییر Xc .

جدول ۵-۷:  فرکانسهای طبیعی مدل II   بر حسب  Yc .

جدول ۵-۸ : فرکانسهای طبیعی  صفحه کامپوزیتی ترکدار مدل II  بر حسب  طول ترک (a).

 

 

فهرست شکلها

عنوان                                                                                             

شکل ۱-۱ : بارگذاری با زاویه  نسبت به محور اصلی..

شکل ۱-۲: تئوری گسیختگی تنش ماکزیمم

شکل ۱-۳ تئوری گسیختگی تسای-هیل

شکل ۲-۱ : مراحل مختلف شکست خستگی

شکل ۲-۲ : روشهای اصلی بار گدازی و جابجایی های مربوطه سطوح ترک (مودهای شکست)

شکل ۳-۲: مختصات و حالت تنش در نوک ترک

شکل ۲-۴ یک ورق با ابعاد بینهایت شامل یک ترک مرکزی عمقی

شکل ۲-۵ : نمودار وابستگی افزایش نیرو نسبت به افزایش ترک

شکل ۲-۶: نموداری از منحنی رشد ترک خستگی نسبت به دامنه تنش

شکل ۲-۷- منحنی نرخ رشد ترک خستگی

شکل ۲-۸: رویه‌ی به کار رفته در ادامه منحنی های نرخ رشد ترک

شکل ۳-۱: انواع مکان تخریب در یک سازه کامپوزیت

شکل ۳-۲-نمونه E.N.F.

شکل ۳-۳ : تغییر طولی و عرضی سطوح ترک در نمونه E.N.F.

شکل ۳-۴ : نمونه E.L.S.

شکل ۳-۵ : ترک در یک صفحه سه لایه با لایه های عمود بر هم

شکل  ۳-۶: ترک در یک صفحه چند لایه

شکل ۳-۷: شروع جدایی لایه ها

شکل ۳-۸ : تداخل ترکهای طولی و عرضی

شکل ۳-۹: جدایی لایه ها و نزدیک شدن به گسیختگی کامل

شکل ۳-۱۰ : تاثیر رزین های مختلف روی مقاومت خستگی صفحات چند لایه با الیاف شیشه

شکل ۳-۱۱: تاثیر درصد الیاف شیشه روی مقاومت خستگی محوری

شکل ۳-۱۲: تاثیر درصد الیاف شیشه روی مقاومت خستگی خمشی

شکل ۳-۱۳ : مقاومت خستگی برشی شیشه – اپوکسی تک جهته

شکل ۴-۱: مدل سازی جدایش در تیر کامپوزیتی با استفاده از روش المان محدود.

شکل ۴-۲: تیر کامپوزیتی با جدایش بین لایه ای.

شکل ۴-۳: تاثیر موقعیت طولی جدایش تاثیر موقعیت عرضی جدایش در فرکانس طبیعی اول‌تیر.

شکل ۴-۴: تاثیر طول ترک و تاثیر موقعیت طولی جدایش در فرکانس طبیعی دوم تیر.

شکل ۴-۵: تاثیر موقعیت طولی ترک در فرکانس طبیعی اول  و تاثیر طول ترک در فرکانس طبیعی دوم تیر.

شکل ۴-۶ صفحه کامپوزیتی چند لایه ای با جدایش بین لایه ها

شکل ۴-۷: تاثیر طول ترک در فرکانس طبیعی اول صفحه.

شکل ۴-۸: تاثیر طول ترک بر فرکانس طبیعی دوم صفحه.

شکل ۴-۹: تاثیر طول ترک در فرکانس طبیعی سوم.

شکل ۵-۱: المان PLANE82.

شکل ۵-۲ :المان SOLID95.

شکل ۵-۳ :مدل I با یکی از مش بندی های انجام شده.

شکل  ۵-۴:مدل II با یکی از مش بندی های انجام شده.

شکل ۵-۵: نوک ترک در مدل II با المانهای تکینی.

شکل ۵-۶: المانهای تکینی برای (a مدل دو یعدی  b) مدل سه یعدی..

شکل ۵-۷: صفحه کامپوزیتی بدون ترک .

شکل ۵-۸:مد ارتعاشی اول صفحه کامپوزیتی  بدون ترک…

شکل ۵-۹:مد ارتعاشی دوم صفحه کامپوزیتی  بدون ترک.

شکل ۵-۱۰:مد ارتعاشی سوم صفحه کامپوزیتی  بدون ترک..

شکل ۵- ۱۱: نمونه عملی کامپوزیت مورد تحلیل

شکل ۵-۱۲ : معرفی متغیرهای استفاده شده در مدل I.

شکل   ۵- ۱۳ : مش بندی و تحلیل..

شکل ۵-۱۴: یکی از :مش بندی های انجام گرفته در نوک ترک برای  مدل I.

شکل ۵-۱۵ :فرکانس طبیعی اول مدل I ، بر حسب طول نسبی ترک.

شکل ۵-۱۶ :فرکانس طبیعی دوم نمونه I ، بر حسب طول نسبی ترک.

شکل ۵-۱۷:فرکانس طبیعی سوم نمونه I ، بر حسب طول نسبی ترک.

شکل ۵-۱۸ :نمونه ترکدار مدل I در حالت سه بعدی.

شکل۵-۱۹: نوک ترک در  مدل I

شکل ۵-۲۰ :مد ارتعاشی اول نمونه ترکدار I  ،به همراه جابجایی های متناظر.

شکل ۵-۲۱ :مد ارتعاشی دوم نمونه ترکدار I به همراه جابجایی های متناظر.

شکل ۵-۲۲ :مد ارتعاشی سوم  نمونه ترکدار I به همراه جابجایی های متناظر.

شکل۵-۲۳: فرکانس طبیعی اول نمونه I ، بر حسب موقعیت طولی ترک.

شکل ۵۴-۲۴: فرکانس طبیعی دوم نمونه I ، بر حسب موقعیت طولی ترک

شکل ۵-۲۵:  فرکانس طبیعی سوم نمونه I ، بر حسب موقعیت طولی ترک

شکل ۵-۲۶: فرکانس طبیعی اول نمونه  I ، بر حسب موقعیت عرضی ترک.

شکل ۵-۲۷: فرکانس طبیعی دوم نمونه  I ، بر حسب موقعیت عرضی ترک

شکل ۵-۲۸: فرکانس طبیعی سوم نمونه  I ، بر حسب موقعیت عرضی ترک

شکل ۵-۲۹: شکل ترک در مدل II  و پارامترهای موجود در آن

شکل ۵-۳۰: فرکانس طبیعی اول مدل II بر حسب t.

شکل ۵-۳۱: فرکانس طبیعی دوم  مدل II بر حسب t.

شکل ۵-۳۲: فرکانس طبیعی سوم مدل II بر حسب t.

شکل ۵-۳۳: فرکانس طبیعی اول مدل II بر حسب  Xc .

شکل ۵-۳۴: فرکانس طبیعی دوم مدل II بر حسب Xc .

شکل ۵-۳۵: فرکانس طبیعی سوم مدل II بر حسب  Xc .

شکل ۵-۳۶: فرکانس طبیعی اول نمونه  II بر حسب Yc .

شکل ۵-۳۷: فرکانس طبیعی دوم  نمونه  II بر حسب Yc .

شکل ۵-۳۸: فرکانس طبیعی سوم  نمونه  II بر حسب Yc .

شکل ۵- ۳۹: فرکانس طبیعی اول نمونه II بر حسب طول ترک(c=a/2 ).

شکل ۵-۴۰: فرکانس طبیعی دوم  نمونه II بر حسب طول ترک (c=a/2  ).

شکل ۵-۴۱:  فرکانس طبیعی سوم  نمونه II بر حسب طول ترک (c=a/2  ).

شکل ۵-۴۲:  صفحه کامپوزیتی ترکدار مدل II در حالت سه بعدی و مش بندی شده . ۰

شکل ۵-۴۳:نوک ترک و مش بندی انجام شده .

شکل ۵-۴۴: مدل II تحت فرکانس طبیعی اول به همراه جابجائی های متناظر .

شکل ۵-۴۵ : مدلII   تحت فرکانس طبیعی دوم به همراه جابجائی های متناظر.

شکل ۵-۴۶: مدل II تحت فرکانس طبیعی سوم  به همراه جابجائی های متناظر .

 

 

مقدمه

در سالهای اخیر به علت نیاز به خصوصیات ویژه و خاص در انواع سازه‌های مهندسی از جمله سازه‌های بکار رفته در صنایع هواپیما سازی، خودروسازی، کشتی‌سازی, نظامی و … استفاده از مواد مرکب معمول گشته است.

مواد مرکب (چند سازه) از ترکیب دو یا چند ماده تشکیل شده‌اند و خواص مواد مفید هر یک از آنها را به همراه دارند، بنابراین محتوای آنها را می‌توان به نحوی انتخاب و ترکیب نمود که یک ماده مفید با خواص مورد نظر حاصل شود. به طور کلی سازه‌هایی که از مواد مرکب ساخته شده‌اند، سازه‌های مرکب نامیده می‌شوند. هدف اصلی از ساخت چنین سازه‌هایی بدست آوردن خواص مهندسی برتر نسبت به مواد مرسوم از جمله فلزات می‌باشد.

از جمله خواص مهمی که می‌توان با ساختن یک ماده مرکب به آنها دست یافت می‌توان به مقاومت بالا، سختی بالا، مقاومت بیشتر در برابر خوردگی، عمر خستگی بیشتر، وزن مخصوص پائین و … اشاره کرد. به طور کلی این مواد در کاربردهایی که نیازمند، نسبت مقاومت به وزن و سختی به وزن کم می‌باشد بسیار خوب عمل می‌کنند.

یکی از گروههای پرمصرف از مواد مرکب، مواد مرکب لایه‌ای هستند. مواد مرکب لایه‌ای شامل حداقل دو لایه متفاوت هستند که به یکدیگر چسبانده شده و یا در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند. از جمله موارد معروف به کار برده شده از این نوع مواد مرکب، می‌توان به بی‌متالها (لایه‌هایی از دو فلز ناهمجنس)، شیشه‌های چندلایه (شیشه‌های خودرو) اشاره کرد.

از زیر گروههای اصلی مواد مرکب چند لایه، مواد مرکب لایه‌ای- فیبری هستند که خود ترکیبی از تکنیکهای مواد مرکب فیبری و لایه‌ای می‌باشند. نام عمومی این نوع از مواد مرکب، مواد مرکب چندلایه تقویت شده فیبری می‌باشد.

این پایان نامه با آیین نامه نحوه نگارش و تدوین پایان نامه تهیه شده و آماده ارائه میباشد.