اتصالات مکانیکی که ترکیبی ازپیچ ها، پین ها یا پرچ ها می باشند، بطور گسترده ای در سازه های هوایی بخصوص در هواپیما مورد استفاده قرار می گیرند. از مزیت های این اتصالات می توان به مقاومت بسیار بالا در برابر خستگی همچنین قابل تعویض بودن این اتصالات اشاره نمود. امّا این اتصالات با وجود مزیت های فراوان دارای معایبی نیز می باشند. ناپیوستگی های هندسی در پی عملیات سوراخ کاری در این نوع اتصالات سبب ایجاد تمرکز تنش می شود. بنابراین در هنگام اعمال بارگذاری سیکلی احتمال ایجاد و گسترش ترک خستگی افزایش می یابد. بنابراین ضروری است که با استفاده از روش هایی از تأثیر تمرکز تنش کاسته شود. در سال های اخیر روشهای گوناگون برای بهبود عمر اتصالات به کار رفته است از جمله می توان به روش انبساط سرد و تداخل اشاره کرد. تاکنون تحقیقات گسترده ای در رابطه با روش های انبساط سرد و تداخل انجام گرفته ولی هنوز اطلاعات کافی در دسترس نیست که کدام یک از این دو روش بهبود عمر، در افزایش عمر خستگی صفحات سوراخ دار اثر بیشتری دارد. هدف از انجام پژوهش حاضر مقایسه رفتار خستگی دو روش انبساط سرد و تداخل در اتصالات دو لبه برشی می باشد. رفتار خستگی که مورد بررسی قرار گرفته شامل عمر خستگی، نحوه ی ایجاد و گسترش ترک خستگی و نوع واماندگی می باشد. تست های خستگی بر روی نمونه های دو لبه ای ساخته شده از جنس آلیاژ al2024-t3 انجام گرفته است. تست های خستگی بر روی نمونه هایی با پین دارای دو درصد مختلف تداخل و انبساط سرد به همراه نمونه های بدون عملیات با نه دامنه ی بار و نسبت بارگذاری صفر انجام شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که در بارهای پایین تر نمونه های تداخل عمر بیشتری نسبت به نمونه های انبساط سرد دارند. در بارهای بالا تقریباً عمر همه نمونه ها یکسان بوده و عملیات انجام شده بر روی نمونه ها تأثیر چندانی در افزایش عمر نمونه ها ندارد.برای توجیه مشاهدات تجربی از شبیه سازی عددی کامل عملیات تداخل، انبساط سرد و بارگذاری سیکلی استفاده شده است. شبیه سازی عددی در محیط نرم افزار المان محدود ansys انجام شده است.همچنین در این پژوهش از یک روش تخمین عمر با بکارگیری معیارهای چند محوری و نرم افزار afgrow برای پیش بینی عمر خستگی نمونه های تداخل اتصالات دو لبه برشی، استفاده شده است و نتایج بدست آمده با نتایج تست های عملی مقایسه شده است. علاوه بر این برای پیش بینی عمر خستگی نمونه های انبساط سرد در اتصالات دو لبه ی برشی از آنالیز رشد ترک استفاده شده و نتایج بدست آمده از این روش با نتایج تست های تجربی موجود مقایسه شده است. به منظور بدست آوردن توزیع تنش پسماند به علت فرآیند انبساط سرد، یک مدل سه بعدی المان محدود شبیه سازی شده است. برای بدست آوردن عمر نمونه ها از نرم افزار afgrow استفاده شده است. سه مدل رشد ترک برای پیش بینی عمر خستگی نمونه ها به کار گرفته شده است. همچنین برای تعیین طول ترک اولیه از روش طول ترک اولیه معادل (eifs) استفاده شده است. مقایسه نتایج بدست آمده تطابق قابل قبولی بین نتایج پیش بینی شده و نتایج تجربی وجود دارد.

اتصالات چسبی مزایای قابل توجهی نسبت به شیوه های سنتی اتصالهمچون جوشکاری و چفتو بست های مکانیکی همچون پیچ و مهره، در کاربرد سازه ای دارند. امروزه اتصالات و تعمیر کننده های چسبی برای تعمیر قطعات ترک دار سازه ای، به خصوص در صنایع هوافضایی به منظور افزایش مقاومت خستگی و بازیابی سختی قطعات ترک دار کاربرد دارند. در این تحقیق،در دو بخش تجربی و عددی، به مقایسه ی میزان تأثیر چسب بر روی نمونه هایی از جنس pmma و دارای ترک لبه ای به طول 30 میلیمتر در مود یک (?)، مود دوم (??) و مود ترکیبی شکست پرداخته شده است. به منظور اعمال بار بر روی نمونه ها در مود مرکب، از فیکسچر آرکان استفاده شده است که توانایی اعمال باردر زوایای صفر تا نود درجه را بر نمونه دارد. در قسمت عملی این پایان نامه پنج دسته نمونه مورد ارزیابی قرار گرفته اند، که دسته اول نمونه های ساده بدون چسب و دسته دوم تا پنجم با فاصله متفاوت تا نوک ترک چسب کاری شده اند. نمونه های آماده شده به کمک دستگاه تست کشش بارگذاری و نیروی شکست هر یک اندازه گیری می شود، که این مقادیر در قسمت حل عددی مورد استفاده قرار می گیرند.در بخش عددی، فاکتورهای شدت تنشدرزوایای مختلف محاسبه شده و افزایش مقاومت نمونه ها از دودیدگاه نشان داده می شوند. در نهایتمنحنی های شکست تکتک گروه ها به کمک دو معیار مختلف و با درنظر گرفتن ترم ثابت میدان تنش رسم و با یکدیگر مقایسه می شوند. نتایج نشان می دهد که چسب کاری قطعات مقاومت باقیمانده قطعات ترک دار را به میزان قابل ملاحظه ای افزایش می دهد.

در این پایان نامه با استفاده از الگوریتم بازگشت شعاعی پروسه تداخل اتصال دو لبه برش در ناحیه الاستیک-پلاستیک مورد بررسی قرار گرفته، برای این منظور کدنویسی با زبان برنامه نویسی فرترن صورت گرفته است. این کد از مدل های سخت شوندگی سینماتیکی جدیدی که در نرم افزارهای تجاری المان محدود موجود نیست برای شبیه سازی رفتار الاستیک- پلاستیک مواد استفاده می کند و بنابراین در بارگذاری متناوب قادر به شبیه سازی دقیق تر رفتار تنش/کرنش ماده نسبت به انسیس و آباکوس می باشد. برای پیش بینی بهتر پروسه‎ ی تداخل یک المان تماسی جدید ارائه گردیده است که از لحاظ دقت و کارایی بسیار پیشرفته تر از الگوریتم های موجود در نسخه های کنونی نرم افزارهای تجاری انسیس و آباکوس است. شایان ذکر است تحلیل عددی تماس دو جسم یکی از مشکل ترین مباحث در المان محدود غیر خطی است به نحوی که بسیاری از نرم افزارهای غیرتجاری چنین قابلیتی ندارند. با استفاده از نرم افزار نوشته شده در این پایان نامه به مدل سازی عددی برخی از روش های افزایش عمر موسوم به ایجاد تنش پسماند و پیش تنش پرداخته شده است. ابتدا با استفاده از یک مدل سه بعدی به شبیه سازی توزیع تنش های پسماند ناشی از پروسه تداخل در یک صفحه سوراخ دار و توزیع مجدد (آزاد شدن) آن ها تحت بارگذاری متناوب پرداخته شده است. برای شبیه سازی دقیق تر رفتار تنش/کرنش در بارگذاری متناوب از دو مدل سخت شوندگی سینماتیک غیرخطی چابوکه، باری- حسن استفاده شده اند. مقایسه نتایج حاصل با نتایج تجربی نشان می دهد که مدل باری-حسن تنش های پسماند را در نزدیکی سوراخ بهتر پیش بینی می کند و مدل های سخت شوندگی سینماتیک آزاد شدن تنش را نشان می دهند. نتایج نشان می دهند که پروسه تداخل بخودی خود دامنه تنش را کاهش می دهد، مخصوصا برای بارگذاری های بزرگ که برای شکست خستگی مستعد هستند. این امر باعث افزایش عمر قطعات تداخل شده می گردد، این کاهش دامنه نه تنها در سیکل اول بلکه در سیکل های بعدی نیز ادامه می یابد. پلاستیسیته ی سیکلی به دلیل پیش بینی کردن تنش ها تا چندین سیکل دید بهتری از تنش ها بدست می دهد، داده های شبیه سازی نشان می دهد که تنش ها در چند سیکل اول تغییرات زیادی می کند، لذا تخمین عمر با استفاده از این امر نتایج را بهبود خواهد داد. نتایج نشان می دهد بیشترین مقدار واهلش تنش در بارگذاری یکسان برای تداخل های بالاتر و همچنین برای تداخل یکسان برای بارگذاری های بزرگتر رخ می دهد. برای تایید صحت کارایی مدل ها و برنامه، تست هایی روی نمونه ساده شده ای از اتصال دو لبه برش انجام گرفته است. این نمونه از ورق سوراخ داری از جنس آلیاژ آلومینیوم2024-t3 al-alloy به ابعاد کلی 18 در 150 میلیمتر و سوراخ هایی به قطر نامی 81/? و? ?63/? میلیمتر برای تداخل های 5/1 و 7/4 درصد تهیه شده است. برای هر نمونه یک کرنش سنج در جهت طولی نمونه (جهت بارگذاری سیکلی) در فاصله 5/1 میلی متری سوراخ نصب شده و پین ها داخل سوراخها جا زده می شوند. در نهایت نمونه دارای پین، تحت دو مورد بارسیکلی با نیروی ماکزیمم (kn 16 ،12) به ترتیب معادل تنش (mpa 277، 208 ) و نیروی مینیمم صفر قرار می گیرد و کرنش ها در سیکل های خاصی ثبت می گردد. نتایج نشان می دهد که برای 5/1% و 7/4% تداخل یک کرنش مماسی مثبت در فواصل ذکر شده ایجاد می شود که با افزایش درصد تداخل از 5/1% به 7/4% مقدار اولیه این کرنش زیادتر شده است و همچنین در سیکل-های اولیه نرخ افزایش یا آزاد شدن(کاسته شدن) کرنش زیادتر است و با افزایش تعداد سیکل ها این نرخ کاهش یافته و به حالت اشباع می رسد. در پایان نتایج تجربی و نتایج عددی انباشتگی کرنش بر حسب تعداد سیکل ها با هم مقایسه گردیده است. نتایج تجربی نیز نتایج عددی کد نوشته شده را تایید می کنند و هر دو روش از تطابق قابل قبولی برخوردارند.??????????????

مزیت های مواد کامپوزیتی به خصوص کم وزن بودن این دسته از مواد، آن ها را از دیگر مواد مهندسی متمایز می کند. در کنار مزیت های قابل توجه مواد کامپوزیتی، باید توجه داشت که این مواد خالی از نقاط ضعف نیستند. یکی از اصلی ترین نقاط ضعف مواد کامپوزیتی مقاومت اندک آن ها در برابر انتشار ترک بین لایه ای یا تورق است. بنابراین برآورد مقاومت این مواد در برابر انتشار ترک بین لایه ها از اهمیت زیادی برخوردار است. از میان سازه هایی که با استفاده از مواد کامپوزیتی ساخته می شوند، تیرهای خمیده به دلیل کاربرد فراوان از اهمیت زیادی برخوردار هستند. موضوع پژوهش حاضر بررسی تجربی و عددی تورق در تیرهای کامپوزیتی با شکل خمیده است. سازه های کامپوزیتی با هندسه خمیده در بسیاری از کاربردهای مهندسی مانند صنایع هوایی، تولید پره های توربین ها و ده ها کاربرد دیگر دیده می شوند. از طرفی به دلیل حساسیت این کاربردها پیش بینی مقاومت ماده کامپوزیتی در برابر انتشار ترک بوجود آمده ضرورت دارد. در این پژوهش با ساخت نمونه هایی با هندسه خمیده و انجام آزمایش dcb بر روی آن ها، در ابتدا نمودارهای نیرو-جابجایی برای نمونه ها با طول ترک متفاوت بدست آمده اند. پس از بدست آوردن داده های تجربی، مقدار نرخ آزادسازی انرژی کرنشی با استفاده از نظریه های موجود در منابع و یک رابطه تحلیلی که در همین پژوهش پیشنهاد شده است، بدست آمده است. در این پژوهش از یک مدل اجزا محدود سه بعدی برای شبیه سازی آزمایش های انجام شده استفاده شده است و مقادیر نرخ آزاد سازی انرژی کرنشی با استفاده از روش vcct به دست آمده ند. همچنین از مدل ایجاد شده برای بدست آوردن توزبع تنش های بین لایه ای در جبهه ترک استفاده شده است. نتایج بدست آمده نشان دهنده آن هستندکه رابطه تحلیلی پیشنهاد شده برای برآورد نرخ آزاد سازی انرژی کرنشی در سازه هایی با هندسه خمیده مناسب است. نتایج بدست آمده از شبیه سازی با نتایج تجربی در سازگاری خوبی با یکدیگر هستند و خطای روش عددی در بسیاری از موارد اندک است.