عنوان:  پایان نامه تحليل كمانش ورقهاي مدورمركب ارتوتروپ با ‏استفاده از نرم افزار المان محدود، مهندسی مکانيک

رشته:  پروژه تخصصی دوره کارشناسی‌،مهندسی مکانيک گرايش حرارت و سيالات

فرمت فایل: WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحه: 195

فهرست مطالب
عنوان                                        ‏
چكيده
فصل اول: مقدمه اي بر مواد مركب
‏1-1- كامپوزيت چيست؟
‏1-2- مزاياي كامپوزيتها
‏1-3- محدوديتهاي كامپوزيتها
‏1-4- تاريخچه صنعت كامپوزيتها
‏1-5- فازهاي كامپوزيتي و تقسيم بندي كامپوزيتها
‏1-6- خواص كامپوزيتها
‏1-7- مقاومت كامپوزيتهاي ليفي
فصل دوم: ماتريسها (رزيتها)‏
‏2-1- ماتريسها
‏2-2- پليمريزاسيون
‏2-3- پليمرهاي گرما سخت و گرما نرم
‏2-4- رزينهاي ترموپلاستيك (گرما نرم)‏
‏2-5- رزينها گرما سخت (ترموست)‏
‏2-6- نقش ماتريسها
‏2-7- رزينهاي اپوكسي
‏2-8- معايب رزينهاي اپوكسي
‏2-9- تقسيم بندي انواع تجاري رزينهاي اپوكسي
‏2-10- رزينهاي پلي استر غيراشباع
‏2-11- انواع رزينهاي پلي استر تجاري
‏2-12- خصوصيات رزينهاي پلي استر
‏2-13- معايب رزينهاي پلي استر غيراشباع
‏2-14- رزينهاي فنوليك
‏2-15- خواص و كاربردهاي رزينهاي فنوليك
‏2-16- معايب و محدوديتهاي رزينهاي فنوليك
‏2-17- ماتريسهاي فلزي

فصل سوم: الياف (تقويت كننده ها)‏
‏3-1- تقويت كننده ها
‏3-2- تقويت كننده هاي ليفي
‏3-3- الياف شيشه
‏3-4- مزيتهاي اصلي الياف شيشه
‏3-5- عيوب اصلي الياف شيشه
‏3-6- سايز الياف
‏3-7- آهار
‏3-8- خواص الياف شيشه
‏3-9- الياف پيشرفته
‏3-10- الياف بور
‏3-11- خواص و كاربرد الياف بور
‏3-12- الياف سيليكون كاربيد
‏3-13- الياف سيلسيم كاربيد
‏3-14- الياف آلومينا
‏3-15- الياف كربن وگرافيت
‏3-16- الياف كربن
‏3-17- خواص الياف كربن و گرافيت
‏3-18- كامپوزيتهاي كربن و گرافيت
‏3-19- مزيتهاي اصلي الياف كربن
‏3-20- بحث ميكروسكوپي در مورد الياف كربن
‏3-21- الياف آراميد يا پلي آميدهاي حلقوي
‏3-22- خصوصيات آراميدها
‏3-23- الياف پلي اتيلن
‏3-24- الياف سراميكي
‏3-25- مقايسه الياف مختلف
‏
فصل چهارم: ساخت مواد مركب ‏
‏4-1- فرايندهاي ساخت كامپوزيتها
‏4-2- قالب گيري باز
‏4-3- قالب گيري بسته
‏4-4- تقسيم بندي براساس حجم توليد
‏4-5- تعاريف فرايند قالب گيري باز
‏4-6-تعاريف بكار بردن رزين
‏4-7- روش لايه گذاري دستي
‏4-8- روش پاشش توسط پيستوله
‏4-9- فيلامنت وايندينگ
‏4-10- قالب گيري فشاري
‏4-11- روش كششي
‏4-12- قالب گيري با كيسه خلاء
‏4-13- فرايند تزريق در خلاء
‏4-14- قالب گيري به روش انتقال رزين ‏RTM
فصل پنجم: كاربرد كامپوزيتها
‏5-1- مقدمه
‏5-2- صنايع حمل و نقل جاده اي
‏5-3- استفاده از مواد كامپوزيت در ساخت تانكهاي ‏جنگي و سلاح
‏5-4- كاربرد كامپوزيتها در صنايع هوا فضا
‏5-5- استفاده در ساخت فضاپيماها
‏5-6- استفاده كامپوزيتها در صنايع حمل و نقل ريلي
‏5-7- كاربرد كامپوزيتها در واحدهاي شيميايي
‏5-8- كامپوزيتها درصنعت دريايي
‏5-9- صنايع الكتريكي
‏5-10- صنعت هسته اي
فصل ششم: تئوري حاكم بر مواد مركب
‏6-1- مقدمه
‏6-2- رفتار ماكرومكانيك يك لايه
‏6-3- ثابتهاي مهندسي براي مواد ارتوتروپ
‏6-4- جهت گيري الياف در مواد مركب
‏6-5- استحكام در مواد مركب
‏6-6- تئوريهاي شكست در حالت دو محوري بر مواد ‏ارتوتروپ
‏6-7- تئوري تنش حداكثر
‏6-8- معيار كرنش حداكثر
‏6-9- تئوري ‏Tsai-Hill
‏6-10- تئوري ‏Tsai-Wu
فصل هفتم: كمانش پوسته ها و مباحث تئوري مربوط به آن
‏7-1- مقدمه
‏7-2- معادلات غيرخطي تعادل ورق
فصل هشتم: آشنايي با المان محدود و نرم افزار ‏ANSYS
‏8-1- مقدمه
‏8-2- مسائل مهندسي
‏8-3- روشهاي عددي
‏8-4- تاريخچه اي كوتاه بر روش المان محدود و نرم ‏افزار ‏ANSYS
‏8-5- مراحل اصلي در روش المان محدود
‏8-6- توابع شكل ‏‎(Shape Function)‎
‏8-7- تقسيم بندي يك ناحيه به تعدادي المان براي ‏المانهاي يك بعدي
‏8-8- معرفي توابع شكل براي يك المان خطي
‏8-9- خواص توابع شكل
‏8-10- المان درجه دوم
فصل نهم: مدل سازي مواد مركب در ‏ANSYS 5.4‎
‏9-1- مقدمه
‏9-2- مدل سازي مواد مركب در روش ‏h-method
‏9-3- المان ‏Sheel-91‎
‏9-4- المان ‏Shel-99‎
‏9-5- المان ‏Solid-46‎
‏9-6- مدل سازي مواد مركب در روش ‏p-method
‏9-7- روش تعريف ساختارهاي لايه اي
‏9-8- روش تعريف خصوصيات هر لايه بطور جداگانه
‏9-9- تفاوت روش ‏p-method / h-method
‏9-10- روش تحليل كمانش در نرم افزار ‏ANSYS
‏9-11- نكاتي در مورد مش بندي توسط نرم افزار ‏ANSYS
‏9-12- نكاتي در مورد تحليل كمانش    ‏148‏
‏9-13- تحليل ورق هاي دايره اي شكل در نرم افزار ‏ANSYS
‏9-14- حل مساله كمانش توسط دستورات ‏APDL
‏9-15- برنامه ‏APDL‏ براي حل مساله كمانش
فصل دهم: نتايج
‏10-1- مقدمه
‏10-2- ملاحظات
فصل يازدهم: نتيجه گيري و پيشنهاد براي ادامه كار
‏11-1- مقدمه
‏11-2- نقش ضخامت بر بارهاي حاصل از كمانش
‏11-3- نقش مدولهاي الاستيسيته
‏11-4- زاويه الياف و تاثير آن در كمانش
‏11-5- پيشنهاد براي ادامه كار
مراجع
ضمائم

فهرست اشكال

فصل اول: مقدمه اي بر مواد مركب
شكل 1-1: انواع مختلف كامپوزيتها
شكل 1-2: نمودارهاي تنش- كرنش در زواياي مختلف
شكل 1-3: انواع مختلف تقويت كننده ها‏
شكل 1-4: انواع مختلف الياف‏
فصل سوم: الياف (تقويت كننده ها)‏
شكل3-1: تنش- كرنش براي تقويت كنندگان مختلف
شكل3-2: تصاوير ميكروسكوپي از الياف برون اپوكسي‏
شكل 3-3: شكل الياف مختلف‏
فصل چهارم: ساخت مواد مركب
شكل 4-1: نحوه بافت در روش فيلامنت‏
شكل 4-2: شماتيك دستگاه بافت فيلامنت‏
شكل 4-3: دستگاه بافت فيلامنت‏
شكل 4-4: ماشين آلات بكار رفته در روش ‏BMC
شكل 4-5: ماشين آلات بكار رفته در روش ‏SMC
شكل 4-6: روش كششي‏
شكل 4-7: ماشين آلات ‏RTM
شكل 4-8: ماشين آلات بكار رفته در روش ‏RTM
فصل پنجم: كاربرد كامپوزيتها
شكل 5-1: كاربرد كامپوزيتها در بوئينگ 737-300‏
شكل 5-2: پوسته موتور و نگهدارنده آن در بوئينگ 757‏
شكل 5-3: كاربرد كامپوزيتها در موتور راكتها
فصل هفتم: كمانش پوسته هاو مباحث تئوري مربوط به آن
شكل 7-1: ورق مستطيلي تحت نيروي فشاري دو محوره‏
شكل 7-2: برايندهاي تنش و ممان بر روي يك المان از ‏ورق
شكل 7-3: لايه هاي ورق‏
شكل 7-4: كوتاه شدگي لبه هاي ورق‏
فصل هشتم: آشنايي با المان محدود و نرم افزار ‏ANSYS
شكل 8-1: كاربرد اوليه المان محدود‏
شكل 8-2: مدل سازي تير مخروطي تحت كشش به فنرهاي ‏سري
شكل 8-3: تقسيم يك ناحيه به مناطق كوچكتر (گره ها ‏و المانها)‏
فصل نهم: مدل سازي مواد مركب در ‏ANSYS 5.4‎
شكل 9-1:المان پوسته اي ‏Shell-91‎‏ براي مدل سازي ورق ها ‏و پوسته ها
شكل 9-2: المان پوسته اي ‏Shell-99‎‏ براي مدل سازي ورق ‏ها و پوسته ها
شكل 9-3: المان سه بعدي ‏Solid-46‎‏ المان بندي مسائل ‏سازه اي
شكل 9-4: مش بندي آزاد‏
شكل 9-5: استفاده از ‏Smart Size‏ براي ريز كردن مش بندي
شكل 9-6: مش بندي دستي
شكل 9-7: منوي انتخاب المان‏
شكل 9-8: منوي ويژگيهاي مكانيكي‏
شكل 9-9: منوي انتخاب تعداد لايه‏
شكل 9-10: منوي مربوط به ضخامت و زاويه الياف‏
شكل 9-11: مدل سازي ورق‏
شكل 9-12: منوي مش بندي‏
شكل 9-13: ورق مش بندي شده از نماي ايزومتريك
شكل 9-14: فعال كردن منوي محاسبه ماتريس سختي‏
فصل دهم: نتايج
شكل 10-1: نماي روبرو- مود اول كمانش- كولار اپوكسي
شكل 10-2: نماي ايزومتريك- مود اول كمانش- كولار ‏اپوكسي
شكل 10-3: معادله رويه كمانش داده در مد اول‏
شكل 10-4: نماي روبرو- مود دوم كمانش- كولار اپوكسي
شكل 10-5: نماي ايزومتريك- مود دوم كمانش- كولار ‏اپوكسي
شكل 10-6: معادله رويه كمانش داده در مود دوم‏
شكل 10-7: معادله رويه كمانش داده در مود دوم‏

شكل 10-8: معادله رويه كمانش داده در مود دوم‏
شكل 10-9: نماي روبرو- مود سوم كمانش- كولار اپوكسي
شكل 10-10: نماي ايرومتريك- مود سوم كمانش- كولار ‏اپوكسي
شكل 10-11: نمايش رويه كمانش داده در مد سوم‏
شكل 10-12: نمايش رويه كمانش داده در مد سوم‏
شكل 10-13: نمايش رويه كمانش داده در مد سوم‏
شكل 10-14: نماي روبرو- مد چهارم كمانش- كولار ‏اپوكسي
شكل 10-15: نماي ايزومتريك- مد چهارم كمانش- كولار ‏اپوكسي
شكل 10-16: معادله روي كمانش داده در مد چهارم‏
شكل 10-17: معادله روي كمانش داده در مد چهارم‏
شكل 10-18: معادله روي كمانش داده در مد چهارم‏

فهرست جداول

فصل سوم: الياف (تقويت كننده ها)‏
جدول 3-1: انواع الياف شيشه تجاري- نام و نوع مواد ‏موجود در ليف
جدول 3-2: قطرهاي موجود الياف تجاري
جدول 3-3: اتر دما بر استحكام الياف شيشه نوع ‏E
جدول 3-4: خواص الياف ‏Sic
جدول 3-5: خواص بعضي از الياف آلومينا
جدول 3-6: خواص بعضي از الياف كربن
جدول 3-7: مهمترين خصوصيات تقويت كننده هاي با ‏كارايي بالا
فصل پنجم: كاربرد كامپوزيتها
جدول 5-1: برخي از خصوصيات كامپوزيتها و فلزات ‏صنعتي
جدول 5-2: نمونه اي از اجزاء ساخته شده با ‏كامپوزيت
فصل دهم: نتايج
جدول 10-1: ويژگيهاي مكانيكي كامپوزيتها
فصل يازدهم: نتيجه گيري و پيشنهاد براي ارائه كار
جدول 11-1: مقايسه بارهاي كمانش براي چهار ماده ‏مركب در حالت زاويه‌اي90/0 با سه ‏
ضريب ‏P‏ 5/0 و 1/0 و 015/0‏
جدول 11-2: نقش الياف در تغيير بارهاي كمانش

چكيده:‏
در اين پايان نامه رفتار كمانش ورق هاي ‏دايره اي شكل مركب با استفاده از تئوري ‏المان محدود و نرم افزار ‏ANSYS‏ مورد بررسي ‏قرار گرفته است. هدف از اين پايان‌نامه بدست ‏آوردن بارهاي فشاري كمانش در مودهاي مختلف ‏مي باشد.‏
فصل اول مقدمه اي در مورد مواد كامپوزيت مي ‏باشد.‏
در فصل دوم به معرفي ماتريسهاي به كار رفته ‏در ساخت مواد مركب و بعضي از ويژگيهاي آنها ‏پرداخته شده است.‏
در فصل سوم الياف و تقويت كننده هاي پر ‏كاربرد در ساخت كامپوزيتها بررسي شده است.‏
در فصل چهارم به معرفي روش ساخت كامپوزيتها ‏و پروسه توليد آنها اشاره شده است.‏
فصل پنجم به كاربرد كامپوزيتها در صنايع ‏مختلف اختصاص يافته است.‏
در فصل ششم مقدمه اي از تئوري حاكم برمواد ‏مركب و پيش بيني رفتار شكست اين مواد مي ‏باشد. ‏
در فصل هفتم معادلات حاكم بر كمانش ورقهاي ‏كامپوزيت و معادلات تعادل آنها ارائه شده ‏است.‏
پديده كمانش در مورد بسياري از سازه ها و ‏جزء هاي تحت تاثير نيروي فشاري مطرح مي ‏باشد. برخلاف تيرها كه پس از كمانش بدون تحمل ‏بار زيادي دچار تسليم مي شوند، ورقها مي ‏توانند پس از وقوع كمانش در مواردي تا چندين ‏برابر بار كمانش را تحمل كنند. استفاده از ‏اين توانايي ورقها گامي مهم و موثر درجهت ‏بهينه سازي، سازه هاي هوايي شده است.‏
در فصل هشتم مقدمه اي در مورد روشهاي المان ‏محدود و نرم افزار ‏ANSYS‏ ارائه شده است.‏
در فصل نهم، به معرفي المانها و روشهاي ‏تحليل كمانش مواد مركب در نرم افزار ‏ANSYS‏ ‏پرداخته شده است. در ادامه، تحليل گام به ‏گام كمانش ورقهاي مركب و معرفي دستورات ‏مربوط به هر مرحله صورت گرفته است.‏
در فصل دهم نتايج بدست آمده از 60 مورد ‏تحليل كمانش ارائه شده است.‏
و بالاخره  در فصل يازدهم به مقايسه و تحليل ‏داده هاي بدست آمده اختصاص يافته است. در ‏پايان نتيجه گيري و پيشنهاد براي ادامه كار ‏پژوهش آمده است.‏

‏كامپوزيت چيست؟
كامپوزيت به موادي اطلاق مي شود كه در ساختار آن ‏بيش از يك جز ماده استفاده شده باشد. در اين مواد ‏اجزاء مختلف خواص فيزيكي و شيميايي خود را حفظ ‏كرده و در نهايت ماده اي حاصل مي شود كه داراي ‏خواص بهينه اي مي باشد. اين خواص در تك تك مواد ‏شركت كننده به صورت مجزاء و در همه حالت ها وجود ‏ندارد.‏
تعريف جامع كامپوزيت را به صورت زير مي توان ‏ارائه داد.‏
دو ماده غير يكسان كه در صورت تركيب، ماده‌حاصله ‏از تك تك مواد قوي‌تر باشد.‏
كامپوزيتها همه بصورت طبيعي و همه به صورت ‏مصنوعي ساخته مي شوند.‏
چوب مثال خوبي از يك كامپوزيت طبيعي است. چون ‏تركيبي از الياف سلولزي و ليگنين مي باشد. الياف ‏سلولزي استحكام را ايجاد مي كند و ليگنين چسبي است ‏كه الياف را به هم مي چسباند و پايدار مي كند.‏
وزن مخصوص كم:‏
كامپوزيتها موادي را ارائه مي دهند كه مي توانند ‏براي استحكام بالا و هم وزن طراحي پايين مورد ‏استفاده قرار گيرند.‏
‏– مقاومت به خوردگي بالا:‏
مثالهاي بيشماري از كامپوزيتها وجود دارد كه ‏داراي سرويسي به مدت چهل تا پنجاه سال بوده است. ‏در سال 1947 گارد ساحلي آمريكا يك سري قايقهاي ‏گشتي 40 فوتي را با استفاده از رزين پلي استر و ‏فايبرگلاس ساخت. اين قايقها تا اوايل دهه 1970 ‏استفاده شدند تا اينكه به دليل منسوخ شدن طراحي، ‏از سرويس خارج شدند. تستهاي زيادي روي لايه ها بعد ‏از خارج شدن از ماموريتهاي آنها انجام شد و معلوم ‏شد كه فقط 2% تا 3% از استحكام اوليه بعد از 25 ‏سال سرويس سخت افت كرده است. ‏
سرمايه گذاري نسبتاً كم:‏
يك دليل آنكه صنعت كامپوزيتها موفق بوده است ‏سرمايه گذاري نسبتاً كم در تاسيس و ايجاد وسايل ‏ساخت كامپوزيتها است. تعداد بسياري از شركتهاي ‏بزرگ و خلاق سازنده كامپوزيتها ريشه خود را در ‏شركتهاي كوچك اوليه سازنده اين مواد پيدا مي كنند.‏
در فرايند قالبگيري ترموپلاستيكها هزينه هاي چند ‏ميليون دلاري براي تجهيزات نياز است. ولي اين هزينه ‏ها در قالبيگري باز به مراقب كمتر و با توجيه ‏اقتصادي بيشتري همراه است. آنچه مسلم است ورود به ‏بازار كامپوزيت با هزينه كمتري نسبت به ساير مواد ‏امكان پذير است.‏

مراجع
‏1- مواد كامپوزيت با نگرش بر روشهاي نوين آناليز حرارتي- ‏تاليف مهندس رضا فيروز بخش.‏
‏2- ‏Engineered Material Hand Book – Composites ‎
‏3- ‏Mechanics of Composite Material by Jones
‏4- ‏ANSYS Help
‏5- دوره آموزشي ساخت كامپوزيتها فايبرگلاسها، ‏كامپوزيتهاي كربني، مترجم: مهندس مسعود اسماعيلي.‏
‏6- بررسي رفتار پس از كمانش ورقهاي كامپوزيت با تغيير مكان ‏برشي، پايان نامه كارشناسي ارشد دانشگاه شريف. توسط: پژمان ‏صالح ايزد خواست.‏
‏7- تحليل به روش المان محدود: مترجمين مهدي ‏محبي، روزبه پناهي.‏
‏8- تحليل المان محدود به كمك ‏ANSYS‏: تاليف محمدرضا ‏شعبانعلي.‏
‏9- ‏ANSYS‏: تاليف محمدرضا جاهد مطلق، محمدرضا نوبان، ‏محمد امين اشراقي.‏
‏ ‏