مایعات تغییر شکل دهنده ی مغناطیسی یا مگنتورئولوژیکال نوعی از مایعات هوشمند است که تعلیقی از ذرات مغناطیسی میکرومتری در یک مایع که معمولاً نوعی روغن است می باشد. به هنگام اعمال میدان مغناطیسی، ویسکوزیته ی مایع تا حدی بالا می رود که به شکل یک جامد ویسکوالاستیک درمی آید. نکته ی قابل توجه این است که تنش تسلیم مایع وقتی در حالت فعال خود قرار دارد به طور بسیار دقیقی با اعمال تغییر در شدت میدان مغناطیسی قابل کنترل است در نتیجه می توان قابلیت سیال در انتقال نیرو را با آهنربای الکتریکی کنترل کرد، این ویژگی قابلیت این نوع سیالات را در بسیاری از کاربردهای با پایه ی کنترلی افزایش می دهد. در این پایان نامه با توجه به توانایی این مایعات در تغییر در سختی و دمپینگ سازه، از این مایعات در هسته و همچنین رویه های پنل ساندویچی استفاده شده است. پنل ساندویچی مورد بررسی دارای شرایط تکیه گاهی ساده بوده و در استخراج معادلات حرکت حاکم بر سیستم در هر دو حالت از روش انرژی استفاده شده است. همچنین اثرات شدت میدان مغناطیسی بر فرکانس های طبیعی و ضرایب استهلاک مودال اول تا چهارم پنل مورد بررسی قرار گرفته است. اثرات شدت میدان مغناطیسی با تغییر پارامتر های هندسی مثل ضریب منظری ورق و همچنین ضخامت لایه ی mr بر مشخصه های ارتعاشی پنل نیز مورد بررسی قرار گرفته است. در انتها نیز بهینه سازی تک هدفی و چند هدفی پنل برای ضرایب استهلاک مودال اول و وزن با استفاده از الگوریتم های ژنتیک و هجوم ذرات برای پنل با رویه های ایزوتروپیک و کامپوزیتی انجام شده و جبهه پرتو جواب های بهینه محاسبه شده است.

چکیده هیدروفرمینگ لوله یکی از روش های جدید و پیشرفته فرم دهی است که در صنایعی نظیر خودروسازی، هوافضا، نفت و گاز، نیروگاه ها و انرژی هسته ای برای تولید قطعات خاص با هندسه پیچیده کاربرد دارد. در کاربردهای خاص که هدف افزایش راندمان حرارتی و جلوگیری از نشت حرارت سیالات داغ به بیرون لوله می باشد، از لوله های دو لایه استفاده می شود. در این پایان نامه برای اولین بار ایده استفاده از لوله های سه لایه کامپوزیتی ارائه شده است. این لوله ها علاوه بر مزایای لوله های دو لایه، مزایائی نظیر استحکام مکانیکی بالاتر و خواص حرارتی بهتر به علت استفاده از لایه میانی فوم و ساندویچی کردن سازه را دارا می باشند. در این پایان نامه، هیدروفرمینگ لوله های سه لایه (لایه خارجی از جنس برنج آنیل شده، لایه میانی از جنس فوم آلومینیوم و لایه داخلی از جنس مس) به کمک روش اجزای محدود در نرم افزار abaqus/explicit 6.10 شبیه سازی شده است. با توجه به اینکه در مورد هیدروفرمینگ لوله های سه لایه تا به حال تحقیقی انجام نشده است، لذا برای صحه گذاری ضخامت لایه میانی را در چند مرحله مختلف، کاهش و به سمت صفر میل داده و با لوله دو لایه مقایسه شده است. با بررسی نتایج حل عددی این تحقیق و مقایسه آن با نتایج موجود آزمایشگاهی هیدروفرمینگ لوله های دو لایه، نشان داده شد که نتایج مدل سازی اجزای محدود و نتایج آزمایشات عملی دارای همخوانی مناسبی هستند.

در این پایان نامه در ابتدا به مروری بر تحقیقات انجام شده در زمینه پایان نامه حاضر و بررسی اهداف کار پرداخته خواهد شد و در ادامه انگیزه پژوهش، فرضیات انجام شده برای حل مسئله و نوآوری هایی که در این پژوهش انجام شده است، بررسی خواهد شد. سپس با استفاده از تئوری مرتبه بالای پنل های ساندویچی (ihsapt)، آنالیز ارتعاشات آزاد و همچنین پاسخ دینامیکی تیر ساندویچی با هسته های مختلف (فوم یا انواع هسته های هدفمند) تحت ضربه عرضی چند جرم ضربه زننده در نقاط و رویه های مختلف بررسی می شود. در فرمولبندی ارائه شده برای رویه ها از تئوری مرتبه اول برشی و برای میدان جابجایی هسته از یک چند جمله ای که بر اساس مدل دوم فراستیگ می باشد، استفاده می شود. ضرایب چند جمله ای و همچنین مولفه های جابجایی رویه ها مجهولات مسئله می باشند. همچنین فرض می شود که ضربه زننده ها به طور عمودی و بر هرکدام از رویه های بالا و یا پایین وارد می شوند. نیروی حاصل از ضربه زننده ها به صورت نیروهای داخلی سیستم در نظر گرفته می شوند و در این پایان نامه به منظور مدل سازی پدیده ضربه برای اولین بار دو مدل ارائه می شود: اول، مدل جرم و فنر دو درجه آزادی خطی شده که با استفاده از یک روش جدید خطی می شود. دوم، مدل هرتز بهبود یافته که از شکل کلی قانون تماس هرتز استفاده می کند. به منظور صحه گذاری روابط ارائه شده در تحلیل های ارتعاشات و ضربه چند مثال ارائه شده و نتایج به دست آمده از مدل های ارائه شده با هم و با نتایج به دست آمده از پژوهش های تحلیلی و تجربی انجام شده قبلی مقایسه گردیده است. همچنین به منظور صحه گذاری بیشتر روابط، نتایج به دست آمده از مدل های تحلیلی ارائه شده با نتایج به دست آمده از تحلیل عددی در نرم افزار abaqus نیز مقایسه گردیده است. توافق نسبتاً خوبی بین نتایج برقرار است. چون هیچ پژوهشی در تحلیل چند ضربه ی تیر های ساندویچی انجام نشده است، بنابراین به منظور صحه گذاری نتایج در این حالت، دو مسئله ضربه (تک ضربه و دو ضربه) ارائه می شود و روابط در این حالت نیز صحه گذاری می گردد. توافق بسیار خوبی در این حالت نیز حاصل گردیده است. در ادامه اثر پارامترهای هندسی و مکانیکی شامل نسبت طول به ضخامت تیر، نسبت ضخامت هسته به ضخامت تیر، نوع ماده هدفمند هسته، توان ماده هدفمند، ضخامت رویه ها، جنس رویه ها، شعاع، سرعت برخورد و جرم ضربه زننده ها، موقعیت نقاط برخورد، فاصله ضربه زننده ها از هم و نوع رویه برخورد بر رفتار دینامیکی تیر ساندویچی مورد مطالعه قرار گرفته است.

امروزه سازه های کامپوزیتی به خاطر ویژگی هایی چون استحکام، سفتی مخصوص بالا، مقاومت در برابر خستگی و خوردگی، به طور گسترده ای در صنایع هوا و فضا، تجهیزات ورزشی، لوله های فشار و قسمت-های مختلف خودرو مورد استفاده قرار می گیرد. تحلیل پوسته های کامپوزیتی چند لایه تحت بار ضربه در سال های اخیر به خاطر حساسیت مواد کامپوزیتی در برابر ضربه خیلی مورد توجه قرار گرفته است. رفتار سازه های کامپوزیتی در برابر ضربه ی کم سرعت توسط محققان زیادی به صورت تجربی، عددی و تحلیلی مورد مطالعه قرار گرفته است ولی تحقیقات کمی به بررسی ضربه ی کم سرعت روی پوسته ها با وجود پیش تنش پرداخته شده است. معمولا سازه های کامپوزیتی ممکن است در اثر بارهای وارده یا فرآیند ساخت یا مونتاژ تحت پیش تنش قرار بگیرند. از جمله این موارد می توان به سازه های هوایی اشاره کرد که در اثر بارهای وارده تحت پیش تنش هستند که در این حالت، ممکن است در معرض برخورد یک جسم مانند پرنده قرار بگیرند. لذا این موضوع اهمیت بررسی پاسخ ضربه روی سازه ها با وجود پیش تنش را نشان می دهد. بنابراین در این پایان نامه به تحلیل دینامیکی پوسته های کامپوزیتی دوانحنایی تحت ضربه ی کم سرعت با وجود تنش های اولیه به خصوص پیش تنش برشی به روش تحلیلی پرداخته می شود. همچنین ارتعاشات آزاد و کمانش پوسته بررسی شده است. معادلات حرکت بر اساس تئوری مرتبه برشی اول(fsdt) با استفاده از اصل هامیلتون برای شرایط مرزی ساده استخراج شده اند. مولفه های جابه جایی با توجه به شرایط مرزی به صورت بسط سری فوریه دو گانه نوشته شده است. برای بدست آوردن فرکانس طبیعی و بار کمانش، معادلات حرکت با استفاده از روش توابع وزنی گالرکین حل شده است. تاریخچه ی نیروی تماس از دو مدل جرم و فنر بهبود یافته و مدل کامل پیش بینی شده است. در مدل جرم و فنر تاریخچه ی نیرو از قانون خطی هرتز بدون استفاده از معادلات حرکت بدست آمده و در مدل کامل، معادلات حرکت پوسته و ضربه زننده به صورت کوپل و با استفاده از قانون غیر خطی هرتز با نوشتن کد در نرم افزار matlab به روش تحلیلی حل شده و پاسخ دینامیکی محاسبه شده است. در انتها، اثر پارامتر های هندسی پوسته مانند تغییرات انحنا، نسبت طول کمان ها، نسبت شعاع انحنا ها، نسبت شعاع انحنا به طول کمان و ضخامت پوسته روی فرکانس طبیعی و کمانش پوسته به خصوص کمانش برشی بررسی و اثرات پیش تنش اولیه روی فرکانس طبیعی مطالعه شده است. علاوه بر اثر پارامتر های هندسی پوسته، زاویه ی الیاف، اثرات مشخصات هندسی ضربه زننده مانند جرم، سرعت، شعاع ضربه زننده و همچنین تاثیر پیش تنش های اولیه به خصوص پیش تنش برشی، روی پاسخ ضربه و تاریخچه ی نیرو از هر دو مدل جرم و فنر بهبود یافته و کامل بررسی و مقایسه شده اند.

در این پایان نامه، ابتدا مطالعات گذشته در زمینه ورقهای ساندویچی و ضربه سرعت آرام و بستر الاستیک مرور شده اند. سیستم معادلات حاکم بر ارتعاشات آزاد ورق ساندویچی از تئوری بهبود یافته مرتبه بالای ورقهای ساندویچی (ihsapt) با استفاده از چندجمله ایهای با ضرایب نامعلوم برای جابجایی های هسته همگن با در نظرگرفتن تنشهای صفحه ای در هسته و تئوری برشی مرتبه اول (fsdt) برای رویه ها استخراج شده است. این معادلات در شرایط مرزی تکیه گاه ساده حل شده اند. در ادامه پاسخ دینامیکی ورق چند لایه کامپوزیتی ساندویچی تحت بار ضربه ای عرضی با سرعت آرام بررسی شده و نیروی برخورد و خیز ورق در حین ضربه بدست آمده است. صحت نتایج بوسیله مقایسه با نتایج تحلیلی و عددی موجود در مراجع بررسی شده و سپس اثرات پارامترهای ورق مانند نسبت طول به عرض، ضخامت هسته به ضخامت ورق و طول به ضخامت کل ورق مطالعه گردیده است. در نهایت با در نظر گرفتن معادلات مربوط به بستر الاستیک با استفاده از تئوری پاسترناک مجدداً معادلات ارتعاشات آزاد و ضربه آرام روی ورق ساندویچی حل شده است. فرکانسهای طبیعی ارتعاشات آزاد ورق ساندویچی، نیروی برخورد و خیز در حین ضربه در مدولهای مختلف فنری عمودی و برشی عرضی بستر الاستیک بررسی شده است.

فرض شده است که تمامی خواص مواد رویه‏ها و هسته وابسته به دما باشد و تغییرات خواص رویه‏های هدفمند در راستای ضخامت آن‏ها نیز با توابع توانی و نمایی تعریف شده است. ضمناً، فرض شده است که تغییرات دما تنها در راستای ضخامت رویه‏ها و هسته وجود داشته باشد. در این حالت، توابع توزیع دما در هر یک از رویه‏های هدفمند و هسته با حل یک معادله انتقال حرارت حالت پایدار بدست آمده است. معادلات حاکم با استفاده از اصل همیلتون بدست آمده و از یک رویکرد جدید برای کاهش معادلات از بیست و هفت معادله به پانزده معادله استفاده شده است. ضمناً، این معادلات برای انواع متقارن و نامتقارن صفحات ساندویچی با رویه‏های هدفمند حل شده است. برای پیش گویی تاریخچه نیروی تماس ناشی از برخورد عرضی شبه استاتیکی توسط ضربه زننده الاستیک، ایزوتروپیک و کروی بر صفحه ساندویچی، از یک مدل جرم و فنر دو درجه آزادی استفاده شده است. در مدل جرم و فنر، ابتدا جرم موثر و سفتی موثر صفحه ساندویچی در محل تماس به روش تحلیلی محاسبه شده، سپس سفتی تماس اصلاح شده با استفاده از یک روش تکراری بدست آمده است. در بخش نتایج عددی، تاثیر پارامترهای مختلف از قبیل توزیع دما در رویه‏ها و هسته، کرنش‏های غیر خطی، وابستگی خواص مواد به دما، نسبت پهنا به ضخامت، نسبت ضخامت هسته به ضخامت رویه، نسبت جرم ضربه زننده به جرم صفحه و سرعت ضربه زننده بر پاسخ دینامیکی صفحه ساندویچی با رویه‏های هدفمند مطالعه شده است. ضمناً، نتایج تحلیلی یک بار هم با فرض میدان جابه‏جایی کلاسیک (clpt) برای رویه‏ها بدست آمده و مقایسه نتایج clpt و fsdt نشان می دهد که با افزایش ضخامت رویه‏های هدفمند، دقت نتایج clpt نسبت به نتایج fsdt کاهش می‏یابد. صفحه ساندویچی تعریف شده، در نرم افزار abaqus نیز مدل سازی شده و سپس نتایج تحلیلی هم با نتایج المان محدود بدست آمده از نرم افزار و هم در حالت‏های خاص با نتایج کار محققین دیگر مقایسه شده است. هماهنگی خوبی (1) بین نتایج تحلیلی و نتایج بدست آمده از المان محدود و همچنین (2) بین نتایج تحلیلی و نتایج بدست آمده توسط محققین دیگر مشاهده می‏شود.

در این پایان‏نامه ناپایداری کمانش پنل‏های ساندویچی با هسته‏ انعطاف‏پذیر بررسی شده است. ابتدا معرفی اجمالی از مدل‏های محاسباتی پنل‏های ساندویچی با هسته‏ تراکم‏پذیر و تراکم‏ناپذیر ارائه شده است. در فصل بعدی معادلات تعادل(equations of equilibrium)و معادلات حاکم بر تعادل(governing equations) پنل‏های ساندویچی با هسته‏ انعطاف‏پذیر با استفاده از فرضیات مختلفی در قالب سه مدل محاسباتی استخراج شده است: در مدل نخست برای استخراج معادلات تعادل در هسته و رویه‏ها به ترتیب از تئوری سه بعدی الاستیسیته و تئوری کلاسیک ورق‏ها استفاده شده است. در مدل دوم هسته و رویه‏ها با تئوری برشی مرتبه‏ سوم مدل‏سازی شده‏اند و برای اطمینان از دقت پاسخ‏ها مدل محاسباتی سوم ارائه شده است که در آن هسته و رویه‏ها به ترتیب با تئوری برشی مرتبه‏ پنجم و سوم مدل‏سازی شده‏اند. اتصال کامل رویه‏ها به هسته در تمامی مدل‏های محاسباتی برقرار است. پنل تحت بارگذاری درون صفحه‏ای روی لبه های رویه ها می باشد. شرایط مرزی تکیه گاهی پنل مفصلی ساده است و روی رویه ها اعمال می گردد. از روش انـرژی و اصل همـیلتون جهت استخراج معادلات تعادل و شرایط مرزی مورد نیاز استفاده شده است. فرض شده که هسته قابلیت تحمل تنش های برشی و نرمال صفحه ای را دارد و اثرات آنها در استخراج دستگاه معادلات پنل لحاظ شده است. تحلیل در منطقه الاستیک می باشد و از اثرات درجه حرارت و رطوبت صرف نظر می شود. بار بحرانی کمانش در مودهای مختلف و در شرایط هندسی گوناگون، مانند انواع ضریب منظری و نسبت های ضخامت بدست می آید. دستگاه معادلات حاکم بر مساله با استفاده از روش ناویر حل شده است. بار بحرانی کمانش برای پنل‏های ساندویچی با مشخصات منتخب با استفاده از هر سه مدل استخراج شده است. این نتایج در تطابق کامل با یکدیگر قرار دارند. در فصل بعدی اثر همزمان سه پارامتر پنل روی مد بحرانی کمانش پنل‏های ساندویچی بررسی شده است. این سه پارامتر عبارتند از: نسبت طول به عرض پنل، سفتی هسته و ضخامت هسته. در پایان این فصل با مراجعه به نمودار‏های ارائه شده با دانستن سه پارامتر مذکور، مد بحرانی کمانش پنل ساندویچی در دسترس می‏باشد. در پایان این پایان‏نامه ایده‏هایی برای ادامه‏ فعالیت روی پنل‏های ساندویچی با هسته انعطاف پذیر ارائه شده است.