دانلود پایان نامه تحلیل کمانش ورقهای مدورمرکب ارتوتروپ با استفاده از نرم افزار المان محدود

اختصاصی از یارا فایل دانلود پایان نامه تحلیل کمانش ورقهای مدورمرکب ارتوتروپ با استفاده از نرم افزار المان محدود دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

فرمت فایل : word(قابل ویرایش)

تعداد صفحات:201

پایان نامه مقطع کارشناسی (گرایش ساخت و تولید)

فهرست مطالب:
عنوان                                             صفحه

چکیده    
فصل اول: مقدمه ای بر مواد مرکب
1-1- کامپوزیت چیست؟    2
1-2- مزایای کامپوزیتها    4
1-3- محدودیتهای کامپوزیتها    7
1-4- تاریخچه صنعت کامپوزیتها    8
1-5- فازهای کامپوزیتی و تقسیم بندی کامپوزیتها    10
1-6- خواص کامپوزیتها    12
1-7- مقاومت کامپوزیتهای لیفی    14
فصل دوم: ماتریسها (رزیتها)
2-1- ماتریسها    18
2-2- پلیمریزاسیون    19
2-3- پلیمرهای گرما سخت و گرما نرم    20
2-4- رزینهای ترموپلاستیک (گرما نرم)    20
2-5- رزینها گرما سخت (ترموست)    21
2-6- نقش ماتریسها    22
2-7- رزینهای اپوکسی    23
2-8- معایب رزینهای اپوکسی    24
2-9- تقسیم بندی انواع تجاری رزینهای اپوکسی    24
2-10- رزینهای پلی استر غیراشباع    25
2-11- انواع رزینهای پلی استر تجاری    26
2-12- خصوصیات رزینهای پلی استر    28
2-13- معایب رزینهای پلی استر غیراشباع    28
2-14- رزینهای فنولیک    29
2-15- خواص و کاربردهای رزینهای فنولیک    30
2-16- معایب و محدودیتهای رزینهای فنولیک    30
2-17- ماتریسهای فلزی    31

عنوان                                             صفحه

فصل سوم: الیاف (تقویت کننده ها)
3-1- تقویت کننده ها    33
3-2- تقویت کننده های لیفی    33
3-3- الیاف شیشه    35
3-4- مزیتهای اصلی الیاف شیشه    35
3-5- عیوب اصلی الیاف شیشه    36
3-6- سایز الیاف    38
3-7- آهار    39
3-8- خواص الیاف شیشه    40
3-9- الیاف پیشرفته    41
3-10- الیاف بور    42
3-11- خواص و کاربرد الیاف بور    43
3-12- الیاف سیلیکون کاربید    44
3-13- الیاف سیلسیم کاربید    44
3-14- الیاف آلومینا    45
3-15- الیاف کربن وگرافیت    46
3-16- الیاف کربن    46
3-17- خواص الیاف کربن و گرافیت    48
3-18- کامپوزیتهای کربن و گرافیت    48
3-19- مزیتهای اصلی الیاف کربن    49
3-20- بحث میکروسکوپی در مورد الیاف کربن    49
3-21- الیاف آرامید یا پلی آمیدهای حلقوی    50
3-22- خصوصیات آرامیدها    51
3-23- الیاف پلی اتیلن    52
3-24- الیاف سرامیکی    52
3-25- مقایسه الیاف مختلف    53
 
عنوان                                             صفحه

فصل چهارم: ساخت مواد مرکب
4-1- فرایندهای ساخت کامپوزیتها    56
4-2- قالب گیری باز    56
4-3- قالب گیری بسته    57
4-4- تقسیم بندی براساس حجم تولید    58
4-5- تعاریف فرایند قالب گیری باز    59
4-6-تعاریف بکار بردن رزین    59
4-7- روش لایه گذاری دستی    60
4-8- روش پاشش توسط پیستوله    62
4-9- فیلامنت وایندینگ    63
4-10- قالب گیری فشاری    66
4-11- روش کششی    69
4-12- قالب گیری با کیسه خلاء    70
4-13- فرایند تزریق در خلاء    73
4-14- قالب گیری به روش انتقال رزین RTM    74
فصل پنجم: کاربرد کامپوزیتها
5-1- مقدمه    79
5-2- صنایع حمل و نقل جاده ای    79
5-3- استفاده از مواد کامپوزیت در ساخت تانکهای جنگی و سلاح    81
5-4- کاربرد کامپوزیتها در صنایع هوا فضا    82
5-5- استفاده در ساخت فضاپیماها    84
5-6- استفاده کامپوزیتها در صنایع حمل و نقل ریلی    86
5-7- کاربرد کامپوزیتها در واحدهای شیمیایی    86
5-8- کامپوزیتها درصنعت دریایی    88
5-9- صنایع الکتریکی    88
5-10- صنعت هسته ای    89
فصل ششم: تئوری حاکم بر مواد مرکب
6-1- مقدمه    91
عنوان                                             صفحه

6-2- رفتار ماکرومکانیک یک لایه    91
6-3- ثابتهای مهندسی برای مواد ارتوتروپ    95
6-4- جهت گیری الیاف در مواد مرکب    96
6-5- استحکام در مواد مرکب    96
6-6- تئوریهای شکست در حالت دو محوری بر مواد ارتوتروپ    97
6-7- تئوری تنش حداکثر    97
6-8- معیار کرنش حداکثر    98
6-9- تئوری Tsai-Hill    99
6-10- تئوری Tsai-Wu    101
فصل هفتم: کمانش پوسته ها و مباحث تئوری مربوط به آن
7-1- مقدمه    104
7-2- معادلات غیرخطی تعادل ورق    106
فصل هشتم: آشنایی با المان محدود و نرم افزار ANSYS
8-1- مقدمه    126
8-2- مسائل مهندسی    126
8-3- روشهای عددی    127
8-4- تاریخچه ای کوتاه بر روش المان محدود و نرم افزار ANSYS    128
8-5- مراحل اصلی در روش المان محدود    131
8-6- توابع شکل (Shape Function)    132
8-7- تقسیم بندی یک ناحیه به تعدادی المان برای المانهای یک بعدی    133
8-8- معرفی توابع شکل برای یک المان خطی    134
8-9- خواص توابع شکل    145
8-10- المان درجه دوم    136
فصل نهم: مدل سازی مواد مرکب در ANSYS 5.4
9-1- مقدمه    139
9-2- مدل سازی مواد مرکب در روش h-method    139
9-3- المان Sheel-91    139
عنوان                                             صفحه

9-4- المان Shel-99    141
9-5- المان Solid-46    142
9-6- مدل سازی مواد مرکب در روش p-method    143
9-7- روش تعریف ساختارهای لایه ای    144
9-8- روش تعریف خصوصیات هر لایه بطور جداگانه    144
9-9- تفاوت روش p-method / h-method    144
9-10- روش تحلیل کمانش در نرم افزار ANSYS    145
9-11- نکاتی در مورد مش بندی توسط نرم افزار ANSYS    145
9-12- نکاتی در مورد تحلیل کمانش    148
9-13- تحلیل ورق های دایره ای شکل در نرم افزار ANSYS    149
9-14- حل مساله کمانش توسط دستورات APDL    160
9-15- برنامه APDL برای حل مساله کمانش    161
فصل دهم: نتایج
10-1- مقدمه    170
10-2- ملاحظات    170
فصل یازدهم: نتیجه گیری و پیشنهاد برای ادامه کار
11-1- مقدمه    247
11-2- نقش ضخامت بر بارهای حاصل از کمانش    247
11-3- نقش مدولهای الاستیسیته    250
11-4- زاویه الیاف و تاثیر آن در کمانش    252
11-5- پیشنهاد برای ادامه کار    253
مراجع    255
ضمائم    256



 
فهرست اشکال
عنوان                                             صفحه

فصل اول: مقدمه ای بر مواد مرکب
شکل 1-1: انواع مختلف کامپوزیتها    12
شکل 1-2: نمودارهای تنش- کرنش در زوایای مختلف    13
شکل 1-3: انواع مختلف تقویت کننده ها    15
شکل 1-4: انواع مختلف الیاف    16
فصل سوم: الیاف (تقویت کننده ها)
شکل3-1: تنش- کرنش برای تقویت کنندگان مختلف    35
شکل3-2: تصاویر میکروسکوپی از الیاف برون اپوکسی    42
شکل 3-3: شکل الیاف مختلف    54
فصل چهارم: ساخت مواد مرکب
شکل 4-1: نحوه بافت در روش فیلامنت    63
شکل 4-2: شماتیک دستگاه بافت فیلامنت    64
شکل 4-3: دستگاه بافت فیلامنت    65
شکل 4-4: ماشین آلات بکار رفته در روش BMC    66
شکل 4-5: ماشین آلات بکار رفته در روش SMC    67
شکل 4-6: روش کششی    69
شکل 4-7: ماشین آلات RTM    75
شکل 4-8: ماشین آلات بکار رفته در روش RTM    76
فصل پنجم: کاربرد کامپوزیتها
شکل 5-1: کاربرد کامپوزیتها در بوئینگ 737-300    82
شکل 5-2: پوسته موتور و نگهدارنده آن در بوئینگ 757    82
شکل 5-3: کاربرد کامپوزیتها در موتور راکتها    85
فصل هفتم: کمانش پوسته هاو مباحث تئوری مربوط به آن
شکل 7-1: ورق مستطیلی تحت نیروی فشاری دو محوره    110
شکل 7-2: برایندهای تنش و ممان بر روی یک المان از ورق    110
شکل 7-3: لایه های ورق    117
عنوان                                             صفحه

شکل 7-4: کوتاه شدگی لبه های ورق    117
فصل هشتم: آشنایی با المان محدود و نرم افزار ANSYS
شکل 8-1: کاربرد اولیه المان محدود    130
شکل 8-2: مدل سازی تیر مخروطی تحت کشش به فنرهای سری    130
شکل 8-3: تقسیم یک ناحیه به مناطق کوچکتر (گره ها و المانها)    133
فصل نهم: مدل سازی مواد مرکب در ANSYS 5.4
شکل 9-1:المان پوسته ای Shell-91 برای مدل سازی ورق ها و پوسته ها    140
شکل 9-2: المان پوسته ای Shell-99 برای مدل سازی ورق ها و پوسته ها    141
شکل 9-3: المان سه بعدی Solid-46 المان بندی مسائل سازه ای    143
شکل 9-4: مش بندی آزاد    146
شکل 9-5: استفاده از Smart Size برای ریز کردن مش بندی    146
شکل 9-6: مش بندی دستی    148
شکل 9-7: منوی انتخاب المان    150
شکل 9-8: منوی ویژگیهای مکانیکی    151
شکل 9-9: منوی انتخاب تعداد لایه    152
شکل 9-10: منوی مربوط به ضخامت و زاویه الیاف    153
شکل 9-11: مدل سازی ورق    153
شکل 9-12: منوی مش بندی    155
شکل 9-13: ورق مش بندی شده از نمای ایزومتریک    156
شکل 9-14: فعال کردن منوی محاسبه ماتریس سختی    158
فصل دهم: نتایج
شکل 10-1: نمای روبرو- مود اول کمانش- کولار اپوکسی    172
شکل 10-2: نمای ایزومتریک- مود اول کمانش- کولار اپوکسی    172
شکل 10-3: معادله رویه کمانش داده در مد اول    173
شکل 10-4: نمای روبرو- مود دوم کمانش- کولار اپوکسی    174
شکل 10-5: نمای ایزومتریک- مود دوم کمانش- کولار اپوکسی    174
شکل 10-6: معادله رویه کمانش داده در مود دوم    175
شکل 10-7: معادله رویه کمانش داده در مود دوم    176
عنوان                                             صفحه

شکل 10-8: معادله رویه کمانش داده در مود دوم    177
شکل 10-9: نمای روبرو- مود سوم کمانش- کولار اپوکسی    178
شکل 10-10: نمای ایرومتریک- مود سوم کمانش- کولار اپوکسی    178
شکل 10-11: نمایش رویه کمانش داده در مد سوم    179
شکل 10-12: نمایش رویه کمانش داده در مد سوم    180
شکل 10-13: نمایش رویه کمانش داده در مد سوم    181
شکل 10-14: نمای روبرو- مد چهارم کمانش- کولار اپوکسی    182
شکل 10-15: نمای ایزومتریک- مد چهارم کمانش- کولار اپوکسی    182
شکل 10-16: معادله روی کمانش داده در مد چهارم    183
شکل 10-17: معادله روی کمانش داده در مد چهارم    184
شکل 10-18: معادله روی کمانش داده در مد چهارم    185
 
فهرست جداول
عنوان                                             صفحه

فصل سوم: الیاف (تقویت کننده ها)
جدول 3-1: انواع الیاف شیشه تجاری- نام و نوع مواد موجود در لیف    36
جدول 3-2: قطرهای موجود الیاف تجاری    39
جدول 3-3: اتر دما بر استحکام الیاف شیشه نوع E    41
جدول 3-4: خواص الیاف Sic    44
جدول 3-5: خواص بعضی از الیاف آلومینا    45
جدول 3-6: خواص بعضی از الیاف کربن    47
جدول 3-7: مهمترین خصوصیات تقویت کننده های با کارایی بالا    53
فصل پنجم: کاربرد کامپوزیتها
جدول 5-1: برخی از خصوصیات کامپوزیتها و فلزات صنعتی    83
جدول 5-2: نمونه ای از اجزاء ساخته شده با کامپوزیت    84
فصل دهم: نتایج
جدول 10-1: ویژگیهای مکانیکی کامپوزیتها    170
فصل یازدهم: نتیجه گیری و پیشنهاد برای ارائه کار
جدول 11-1: مقایسه بارهای کمانش برای چهار ماده مرکب در حالت زاویه‌ای90/0 با سه
ضریب P 5/0 و 1/0 و 015/0    248
جدول 11-2: نقش الیاف در تغییر بارهای کمانش    252

چکیده:
در این پایان نامه رفتار کمانش ورق های دایره ای شکل مرکب با استفاده از تئوری المان محدود و نرم افزار ANSYS مورد بررسی قرار گرفته است. هدف از این پایان‌نامه بدست آوردن بارهای فشاری کمانش در مودهای مختلف می باشد.
فصل اول مقدمه ای در مورد مواد کامپوزیت می باشد.
در فصل دوم به معرفی ماتریسهای به کار رفته در ساخت مواد مرکب و بعضی از ویژگیهای آنها پرداخته شده است.
در فصل سوم الیاف و تقویت کننده های پر کاربرد در ساخت کامپوزیتها بررسی شده است.
در فصل چهارم به معرفی روش ساخت کامپوزیتها و پروسه تولید آنها اشاره شده است.
فصل پنجم به کاربرد کامپوزیتها در صنایع مختلف اختصاص یافته است.
در فصل ششم مقدمه ای از تئوری حاکم برمواد مرکب و پیش بینی رفتار شکست این مواد می باشد.
در فصل هفتم معادلات حاکم بر کمانش ورقهای کامپوزیت و معادلات تعادل آنها ارائه شده است.
پدیده کمانش در مورد بسیاری از سازه ها و جزء های تحت تاثیر نیروی فشاری مطرح می باشد. برخلاف تیرها که پس از کمانش بدون تحمل بار زیادی دچار تسلیم می شوند، ورقها می توانند پس از وقوع کمانش در مواردی تا چندین برابر بار کمانش را تحمل کنند. استفاده از این توانایی ورقها گامی مهم و موثر درجهت بهینه سازی، سازه های هوایی شده است.
در فصل هشتم مقدمه ای در مورد روشهای المان محدود و نرم افزار ANSYS ارائه شده است.
در فصل نهم، به معرفی المانها و روشهای تحلیل کمانش مواد مرکب در نرم افزار ANSYS پرداخته شده است. در ادامه، تحلیل گام به گام کمانش ورقهای مرکب و معرفی دستورات مربوط به هر مرحله صورت گرفته است.
در فصل دهم نتایج بدست آمده از 60 مورد تحلیل کمانش ارائه شده است.
و بالاخره  در فصل یازدهم به مقایسه و تحلیل داده های بدست آمده اختصاص یافته است. در پایان نتیجه گیری و پیشنهاد برای ادامه کار پژوهش آمده است.

فصل اول
مقدمه ای بر مواد مرکب
 
1-1- کامپوزیت چیست؟
کامپوزیت به موادی اطلاق می شود که در ساختار آن بیش از یک جز ماده استفاده شده باشد. در این مواد اجزاء مختلف خواص فیزیکی و شیمیایی خود را حفظ کرده و در نهایت ماده ای حاصل می شود که دارای خواص بهینه ای می باشد. این خواص در تک تک مواد شرکت کننده به صورت مجزاء و در همه حالت ها وجود ندارد.
تعریف جامع کامپوزیت را به صورت زیر می توان ارائه داد.
دو ماده غیر یکسان که در صورت ترکیب، ماده‌حاصله از تک تک مواد قوی‌تر باشد.
کامپوزیتها همه بصورت طبیعی و همه به صورت مصنوعی ساخته می شوند.
چوب مثال خوبی از یک کامپوزیت طبیعی است. چون ترکیبی از الیاف سلولزی و لیگنین می باشد. الیاف سلولزی استحکام را ایجاد می کند و لیگنین چسبی است که الیاف را به هم می چسباند و پایدار می کند.
بامبو  یا نی خیز ران، یک سازه کامپوزیتی چوبی بسیار کارآمد می باشد. اجزاء بامبو همان سلولز و لیگنین می باشد با این تفاوت که بامبو توخالی است و این امر باعث می شود سازه سفت و سبک حاصل شود. چوبهای بلند ماهیگیری کامپوزیتی و چوبهای گلف، کپی شده از این طرح طبیعی هستند.
از جمله مواد کامپوزیت مصنوعی که به دست انسان ساخته شده می توان موارد زیر را نام برد.
آجرهای خشتی که اولین بار توسط مصریان بکار رفت و ترکیبی از گل و کاه می‌باشد.
تخته چندتایی که ترکیبی از ورقهای نازک چوب و چسب می باشد.
بتن مسلح که ترکیبی از فولاد و بتن می باشد. فولاد به لحاظ ساختار مکانیکی در مقابل کشش قوی بوده و بتن ماده ای است که دارای استحکام فشاری بالا می باشد. با ترکیب این دو ماده، سازه ای بوجود می آید که در مقابل کشش و فشار قابلیت بالایی از تحمل را از خود نشان می دهد.
تایر اتومبیل ترکیبی است از مخلوط لاستیک و تقویت کننده هایی نظیر فولاد، نایلون، آرامید یا دیگر الیاف. لاستیک به عنوان ماتریس عمل می کند و تقویت کننده را در جای خود نگه می دارد. ماتریس چسبی است که الیاف را در جای خود نگه می دارد.
با توجه به آنچه بیان گردید و با توجه به مثالهای بالا شاید تعریف کامپوزیتها در عین کامل بودن بسیار عمومی به نظر رسد.
تعریف پیشرفته مواد کامپوزیت که در این پروژه نیز بکار می رود به صورت زیر می باشد. ترکیبی از الیاف تقویت کننده و یک ماتریس پلیمری به عنوان رزین. به عنوان مثال می توان رزین پلی استر  والیاف تقویت کننده فایبر گلاس  را نام برد.
در ادامه در مورد الیاف و ماتریسها به صورت جداگانه صحبت خواهد شد.
1-2- مزایای کامپوزیتها
استفاده روز افزون کامپوزیتها در ذهن هر خواننده ای این مساله را تداعی می کند که چرا این مواد با این سرعت در حال رشد و تکامل هستند. آنچه مسلم است این مواد نسبت به سایر مواد مهندسی مرسوم (عموماً فلزها) دارای مزایای قابل توجه ای هستند که در ذیل تعدادی از آنها نام برده شده است.
- استحکام ویژه بالا :
استحکام ویژه، عبارتی است که به نسبت استحکام به وزن اطلاق می شود. کامپوزیتها از استحکام ویژه بالاتری نسبت به بسیاری از مواد دیگر برخوردار هستند. مواد کامپوزیت برای نیازهای استحکامی خاص در یک کاربرد می توانند طراحی شوند. توانایی استفاده کردن از انواع رزین ها و الیاف و همچنین نحوه قالبگیری و ترکیب آنها باعث فراهم شدن رنج بالا و متنوعی از استحکام برای این مواد شده است.
- وزن مخصوص کم:
کامپوزیتها موادی را ارائه می دهند که می توانند برای استحکام بالا و هم وزن طراحی پایین مورد استفاده قرار گیرند.
- مقاومت به خوردگی بالا:
مثالهای بیشماری از کامپوزیتها وجود دارد که دارای سرویسی به مدت چهل تا پنجاه سال بوده است. در سال 1947 گارد ساحلی آمریکا یک سری قایقهای گشتی 40 فوتی را با استفاده از رزین پلی استر و فایبرگلاس ساخت. این قایقها تا اوایل دهه 1970 استفاده شدند تا اینکه به دلیل منسوخ شدن طراحی، از سرویس خارج شدند. تستهای زیادی روی لایه ها بعد از خارج شدن از ماموریتهای آنها انجام شد و معلوم شد که فقط 2% تا 3% از استحکام اولیه بعد از 25 سال سرویس سخت افت کرده است.
تفاوتهای بیشمار دیگری از قایقها، ساختمانها و دیگر سازه های کامپوزیتی در سال 1950 وجود دارد که هنوز درحال سرویس دهی هستند.
بدنه اولیه اتومبیلهای کروت  در سال 1953 فایبرگلاس بوده اند و به استثناء تعمیرات تزئیناتی، تاامروز سالم و بی عیب مانده اند.
 مواردی از مجاری و لوله های فایبرگلاس که در کارخانجات شیمیایی به مدت 25 سال به کار گرفته شده اند موجود هستند،‌ که در شرایط محیطی بسیار سخت شیمیایی و به صورت 24 ساعته و هفت روز در هفته در حال کار بوده اند.
- انعطاف پذیری طراحی:
کامپوزیتها نسبت به دیگرمواد این مزیت را دارند که می توانند با شکلهای پیچیده نسبت به هزینه کم قالبگیری شوند. انعطاف پذیری در ایجاد شکلهای پیچیده، به طراحان آزادی عمل می دهد که نشانی از موفقیت کامپوزیتها است. قایقها نمونه ای از این توانایی شکل پذیری کامپوزیتها را نشان می دهند.
- سرمایه گذاری نسبتاً کم:
یک دلیل آنکه صنعت کامپوزیتها موفق بوده است سرمایه گذاری نسبتاً کم در تاسیس و ایجاد وسایل ساخت کامپوزیتها است. تعداد بسیاری از شرکتهای بزرگ و خلاق سازنده کامپوزیتها ریشه خود را در شرکتهای کوچک اولیه سازنده این مواد پیدا می کنند.
در فرایند قالبگیری ترموپلاستیکها هزینه های چند میلیون دلاری برای تجهیزات نیاز است. ولی این هزینه ها در قالبیگری باز به مراقب کمتر و با توجیه اقتصادی بیشتری همراه است. آنچه مسلم است ورود به بازار کامپوزیت با هزینه کمتری نسبت به سایر مواد امکان پذیر است.
از دیگر مزایای کامپوزیتها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- پایداری حرارتی خوب
- توانایی بالا در جذب انرژی ها
- ظرفیت دمپینگ بالا
- مقاومت به خستگی بالا
- هزینه پرداخت کاری پائین