در این پایان نامه به بررسی کمانش استاتیک و دینامیکی پوسته های مخروطی ناقص پرداخته می شود که مخروط آن از جنس کامپوزیت با لایه های متقارن صفر و نود و تکیه گاه های آن در هر طرف گیردار باشد و تحت بارگذاری جانبی و محوری قرار بگیرد. فشار کمانش در هر دو حالت استاتیک و دینامیک با روابط تحلیلی محاسبه شده است. در ابتدا معادلات پایه و روابط پایداری دانل برای کامپوزیت مورد نظر استخراج شده، سپس معادلات بدست آمده با بکارگیری روش گلرکین به معادله وابسته به زمان تبدیل می شوند. با صرفنظر کردن از ترم های مربوط به زمان قسمت استاتیکی پروژه انجام شده و با اعمال از روش ریتز بار کمانش دینامیکی بدست آمده است. نرم افزار مورد استفاده برای حل عددی مسئله کمانش نیز نرم افزار 6.9abaqus ، بوده است. در انتهای پایان نامه نیز به بررسی و مقایسه نتایج پرداخته شده است. ابتدا نزدیک بودن نتایج محاسبات تحلیلی با نتایج سایر روش های تحلیلی و محاسبات عددی که با نرم افزار abaqus انجام شده، بررسی شده سپس نتایج محاسبات تحلیلی با نتایج تجربی مقایسه شده که در آنها مخروط های کامپوزیتی با تکیه گاه گیردار تحت تست های استاتیکی و دینامیکی قرار گرفته اند. مشاهده شده است که نتایج تحلیلی و نرم افزار همخوانی خوبی در حالت استاتیک و دینامیک دارند. بعد از مقایسه و صحه گذاری، اثر پارامترهای مختلف و تاثیرگذار روی بار کمانش مخروط ها بررسی شده، بطوریکه نتایج بار بحرانی کمانش استاتیکی و دینامیکی برای چند پوسته با آرایش لایه ای متفاوت ارائه گشته و اثر پارامترهای هندسی پوسته، زاویه مخروط، جنس الیاف کامپوزیت تحت بارگذاری روی بارهای کمانش، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این بررسی بصورت نمودارهایی ارائه شده است.

در این پژوهش پودرهای نانو متری آلیاژ حافظه دار پایه مس با دو ترکیب مشخص cu-12.5%al-5%mn و cu-12.5%al-10%mn در زمان های متفاوت 2.5، 5، 10، 15 و 25 ساعت تولید گردیده اند. آزمایشات تفرق اشعه ایکس (xrd) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem) تولید پودرهایی در مقیاس نانو را تایید می کنند. نتایج آزمایشات تفرق اشعه ایکس نشان می دهند که کمترین اندازه کیستالیت ها برای هر دو ترکیب شیمیایی در نمونه های تولیدی پس از 15 ساعت آسیاب کاری می باشند که این مقدار برای ترکیب شیمیایی با 5%منگنز،7 نانو متر و برای ترکیب شیمیایی با 10%منگنز، 11 نانو متر می باشد. همچنین تصاویر گرفته شده توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری نشان می دهند که اندازه دانه ها برای هر دو ترکیب مقداری از محدوده 15-20 نانومتر و با مورفولوژی ذره کروی شکل می باشند. همچنین به منظور بررسی رفتار استحاله ای پودرهای تولید شده، پس از انجام عملیات حرارتی مناسب بر روی پودرها، بر روی آن ها آزمون تفرق سنجی کالری متری روبشی (dsc) انجام گرفت و نتایج این آزمون نشان دادند که با افزایش سرعت سرد کردن، دماهای استحاله ای افزایش می یابند و با افزایش مقدار منگنز، این دماها کاهش می یابند.

در پایان نامه حاضر، به بررسی میدان های دما، جابه جایی و تنش که در اثر اعمال بار های ترمومکانیکی در استوانه هایی از جنس مواد fgm و مواد همگن پدید می آید، پرداخته شده است. بررسی های انجام شده بر اساس معادلات حاکم به دو دسته مسائل کوپل و دی کوپل تقسیم بندی شده اند. در سیستم معادلات دی کوپل اغلب بررسی ها بر تاثیر تابع خصوصیات ماده و مستقل یا وابسته در نظر گرفتن خصوصیات مواد به دما، بر میدان های دما و تنش معطوف شده است. در بخش مرتبط با معادلات کوپل تنش های پدید آمده در اثر بارهای ناگهانی حرارتی با توجه به اندرکنش آثار حرارتی و تنشی و توجه به ویژگیهای موجی انتشار گرما و تنش مورد بررسی قرار گرفته اند. در این پایان نامه ابتدا فرمولاسیون سه تئوری عمده و معروف ترموالاستیسیته هایپربولیک که توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود معطوف نموده، در قالب یک فصل با جزئیات کامل استخراج می گردد. در گام بعدی با توجه به هندسه مورد بررسی سیستم معادلات دی کوپل و کوپل برای مختصات استوانه ای استخراج شده اند. همچنین علاوه بر معرفی تابع تعریف شده برای خصوصیات مواد fgm، کلیه معادلات برای مواد همگن و fgm ارائه شده اند. پس از تعیین سیستم معادلات حاکم به روش های عددی به کار رفته در حل این معادلات خواهیم پرداخت. برای حل معادلات دیفرانسیل غیر خطی حاکم، روش اجزا محدود برای محاسبه ی مشتقات مکانی، روش گوس-لژاندر برای انتگرال گیری عددی مکانی و روش نیومارک برای انتگرال گیری عددی زمانی به کاربرده شده اند. همچنین در این بخش به نحوه اعمال شرایط مرزی دمایی و تنشی مختلف بر سیستم معادلات حاکم و چگونگی تعریف آن ها پرداخته شده است. و در نهایت نتایج به صورت نمودارهای توزیع دما، جابجایی و تنش ارائه شده و ضمن تحلیل نتایج، به توجیه اتفاقاتی که روی نمودارها رخ داده اند پرداخته شده است.

در چند دهه اخیر آرامش سفر و کاهش سطح صدا اهمیت ویژه ای در تحقیقات صنعت خودرو یافته است. در سالهای اخیر خودرو سازان برای کاهش مصرف سوخت مجبور به ساختن خودرو های سبکتر و موتورهایی با کارایی بالاتر شدند که این امر منجر به افزایش ارتعاشات و نویز در خودرو می شود بنابراین یکی از موضوعات مهم در طراحی خودرو که توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب نموده است، nvh خودرو است. در این پایان نامه ابتدا با اصلاح مدل کامل خودرو (به همراه سیستم تعلیق) به روش المان محدود یک خودروی ون سواری که محصول شرکت سایپا می باشد،به تحلیل مودال خودرو پرداخته شده است و میرایی سازه ای نیز در نظر گرفته شده است.سپس با تغییر جنس بدنه فولادی به بدنه کامپوزیتی و مقایسه نتایج وارد اولین مرحله تحلیل شده،و بدنه های کامپوزیتی را در سه گروه ضخامتی به منظور تحلیل حساسیت مورد مطالعه قرار می دهیم.سپس با وارد کردن دو نوع ورودی خطی و غیرخطی به صورت رمپ و سینوسی به بررسی رفتار مدل پرداخته شده و حالت بهینه ای از تحلیل حساسیت بدست آمده است و سپس پاسخ فرکانسی این حالت بهینه با بدنه فولادی مورد مقایسه قرار گرفته است.که نتایج نشان دهنده بهتر بودن پاسخ سیستم بهینه شده نسبت به بدنه فولادی از دیدگاه رفتار ارتعاشی و انتقال ضربات جاده می باشد. نتایج در محل نشست سرنشین بدست آمده است.

در این تحقیق یک مدل اصلاح شده مرتبه بالا برای تحلیل استاتیکی و دینامیکی تیرهای مرکب چند لایه و ساندویچی شامل لایه های پیزوالکتریک ارائه شده است. مدل معرفی شده انعطاف پذیری عرضی و نیز اثرات تنش ها و کرنش های عرضی قائم تیر را نیز در نظر میگیرد. اثرات کرنش های عرضی قائم القا شده در لایه های پیزوالکتریک نیز در فرمولاسیون لحاظ شده اند. با وجود در نظر گرفتن مولفه درون صفحه ای میدان الکتریکی، شرایط پیوستگی تمامی مولفه های جابجایی و تنش در سطوح تماس لایه ها برآورده میگردند. برخلاف بسیاری از تئوریهای ارائه شده موجود، مدل معرفی شده در این تحقیق شرایط مرزی غیر صفر تنشهای عرضی برشی و قائم بر روی سطوح بالا و پایین تیر را نیز برآورده مینماید. مولفه درون صفحه ای میدان جابجایی تیر از ترکیب یک چند جمله ای، یک عبارت نمایی و یک عبارت که شامل مشتق اول مجهولات الکتریکی لایه های پیزوالکتریک میشود، تشکیل شده است. مولفه عرضی تیر نیز از ترکیب یک چند جمله ای پیوسته مرتبه چهار بهمراه یک عبارت که شامل مجهولات الکتریکی لایه های پیزوالکتریک میشود، تشکیل شده است. در راستای ضخامت هر لایه پیزوالکتریک نیز یک پتانسیل الکتریکی مرتبه دوم در نظر گرفته شده است. از جمله دیگر مزیتهای مدل پیشنهادی این است که تعداد مجهولات مکانیکی آن مستقل از تعداد لایه هاست. علاوه بر این، مدل اجزا محدود بکار گرفته شده نیز عاری از پدیده ی قفل شدگی برشی است. بمنظور صحت سنجی، نتایج بدست آمده از مدل پیشنهادی با نتایج حاصل از تحلیل پیزوالاستیسیته و نیز نتایج حاصل از تحلیل اجزا محدود (abaqus) مقایسه شده اند. بدین منظور نمونه های مختلفی از تیرهای مرکب چند لایه و ساندویچی پیزوالکتریک که پارامترهای هندسی، چیدمان لایه ها، شرایط مرزی مکانیکی و الکتریکی آنها با یکدیگر متفاوت اند انتخاب و تحلیل خمشی، ارتعاش آزاد و اجباری آنها با استفاده از مدل پیشنهادی انجام شده است. مقایسه نتایج نشان میدهد که مدل پیشنهادی علاوه بر کم هزینه بودن به لحاظ محاسباتی قادر است فرکانسهای طبیعی، شکلهای مودی، پاسخ الکترواستاتیکی و ارتعاش اجباری تیرهای مرکب و ساندویچی پیزوالکتریک را با دقت بسیار بالایی تحت شرایط مرزی مختلف الکتریکی و مکانیکی پیش بینی نماید.

برخی از اجزاء مورد استفاده در خودرو، نظیر مخزن ذخیره باد، مخزن گاز طبیعی فشرده، مخزن ذخیره سوخت و مخزن خودروی تانکر، شامل محفظه ای بسته حاوی سیال می باشند که هرگونه کاستی در طراحی این اجزا، علاوه بر اینکه عملکرد خودرو را با مشکل مواجه می سازد، حتماً خطرات زیادی را برای راننده و سرنشینان خودرو به همراه می آورد. هدف از انجام این پایان نامه، تحلیل تنش و آنالیز مودال تانکرهای حمل سیال خصوصاً گاز مایع می باشد که نقش مهمی در تصادفات جاده ای داشته و عمدتاً به تلفات جانی می انجامد. در این پایان نامه در ابتدا، استانداردهای طراحی و روابط حاکم بر انواع رایج تانکرهای حمل گاز مایع، معرفی شده و سپس با مقایسه نتایج روابط تئوری با نتایج روش المان محدود برای حالاتی خاص، به تحلیل انواع تانکرها در حالات مختلف بارگذاری توسط نرم افزار المان محدود abaqus پرداخته می شود. تحلیل های انجام شده به منظور استخراج تنشها و تغییر شکلها در سه مانور شتاب جانبی، شتاب ترمزی و شتاب قائم می باشد. در خاتمه، شبیه سازی تستهای استاندارد طراحی و تحلیل مودال جهت تعیین فرکانسهای طبیعی تانکرها انجام شده است. نتایج به دست آمده از تحلیل تنش، حاکی از آن است که بحرانی ترین مانور شتاب در طراحی تانکرهای پر از سیال، مانور شتاب جانبی و ایمن ترین آنها، مانور شتاب ترمزی است. علاوه بر آن، تحلیل ها نشان می دهند که سطح خارجی تانکرها در سه مانور شتاب، بحرانی تر از سطح داخلی می باشد. بررسی ها نشان می دهد که در اکثر موارد استفاده از تانکرهای استوانه ای با مقطع کوچکتر بسیار مناسبتر از تانکرهایی با قطر بزرگ می باشد. همچنین با نگاهی به تنشهای محل ناپیوستگی هندسی و الزامات ساخت می توان گفت که استفاده از کلگی نیمه کروی به مراتب بهتر از کلگی کروی است. نتایج حاصل از تحلیل مودال و فرکانسی نشان می دهد که شکل مودهای حاصله، متأثر از مقدار مولفه های جرم موثر درگیر در هر مود بوده و می تواند در راستاهای مختلف، فرکانسهای طبیعی مشابه (از نظر عددی) تولید نماید.

در این پروژه به بررسی تأثیر لایه پیزوالکتریک بر ارتعاشات ورق مورد استفاده در بدنه خودرو پرداخته شده است. در تحلیل ارتعاشات آزاد مقادیر فرکانس طبیعی و شکل مودهای ارتعاشی ورق در حالات گوناگون از لحاظ شرایط مرزی ورق، ابعاد ورق و تعداد لایه های پیزوالکتریک بدست آورده شده است. . در تحلیل ارتعاشات اجباری دو ورودی پله ای و هارمونیک به سیستم وارد شده است و تأثیر تغییر ولتاژ اعمالی به لایه پیزوالکتریک مورد بررسی قرار گرفته است. در انجام تحلیل ها از تئوری تغییر شکل برشی مرتبه سوم برای میدان جابه جایی استفاده شده است که یکی از دقیق ترین روش ها بوده و نیازی به استفاده از ضریب تصحیح برشی ندارد. روابط کرنش- جابه جایی و میدان اختلاف پتانسیل الکتریکی به صورت خطی در نظر گرفته شد-اند. ولتاژ اعمالی به صفحات بالایی و پایینی لایه پیزوالکتریک به صورت ثابت فرض شده است. به دلیل استفاده از روابط کرنش-جابه جایی خطی، در تحلیل ارتعاشات آزاد از روش مقدار ویژه استفاده شده است. برای حل مساله از روش اجزای محدود یا fem استفاده شده است. به این منظور در نرم افزار matlab برنامه نویسی انجام شده است و با استفاده از برنامه نوشته شده تمامی تحلیل ها صورت گرفته و نتایج بدست آمده برای بررسی صحت، با پاسخ های بدست آمده از نرم افزار abaqus مقایسه شده اند. در بحث ارتعاشات آزاد، لایه پیزوالکتریک موجب تغییر اندک در مقادیر فرکانس طبیعی ورق می شود. شکل مودهای ارتعاشی فقط به شرایط مرزی و نسبت ابعاد ورق وابسته است و لایه های تشکیل دهنده ورق در آن تأثیری ندارد. هرچه شرایط مرزی ورق آزادتر باشد مقادیر فرکانس طبیعی کاهش و هرچه ابعاد ورق کوچکتر باشد مقادیر فرکانس طبیعی افزایش می یابند. در اثر تغییر ولتاژ اعمالی در تحلیل ارتعاشات اجباری جابجایی میانیگین ارتعاشات تحت تأثیر قرار میگیرد و آن را می توان با تغییر ولتاژ کنترل نمود.

در سالهای اخیر، نانوذرات و نانوکامپوزیت ها، کاربرد فراوانی در سازه و تجهیزات و حتی تزیینات داخلی و خارجی و رنگ خودرو یافته اند. دلایل عمده استفاده از این نانو ذرات، افزایش استحکام، رسانایی، قابلیت ارتعاش با فرکانسهای بالا و امکان گسیل و دریافت بسیار سریع سیگنال ها می باشند. بررسی رفتار ارتعاشی نانولوله ها، با توجه به کاربردهای یاد شده مورد توجه پژوهشگران زیادی قرار گرفته است. با این حال عمده تحقیقات انجام شده در این زمینه بر پایه استفاده از مدل تیر و به طور محدود، استفاده از شبیه سازی ملکولی استوار بوده اند. در مقابل، کارآیی روش مکانیک محیط پیوسته (مدل پوسته) و بکارگیری مدل فنر برای شبیه -سازی نیروهای واندروالس به اثبات رسیده است. در پایان نامه کنونی تلاش شده است تا با بررسی ارتعاش آزاد چندین نمونه از نانولوله های کربنی چندلایه با شعاع های داخلی متفاوت و تعداد لایه های گوناگون، فرکانس های شعاعی و شکل مودهای مرتبط با آن و اثر فشار اولیه بر فرکانس های طبیعی محاسبه گردد. همچنین اثرات فشار خارجی در پاسخ استاتیکی و دینامیکی نانولوله های چندلایه بدست آمده است. بدین ترتیب سرعت متوسط گسترش موج شعاعی، ضریب بار دینامیکی و اثر فشار اولیه بر آن دو مورد مطالعه قرار گرفته است. مدل سازی نوینی از اثر نیروهای واندروالس بصورت شبیه سازی پوسته های استوانه ای در فضای بین لایه ای نانولوله ها انجام پذیرفته است که جنس ماده آن معرف تاثیر نیروهای واندروالس باشد. صحه-گذاری نتایج، از طریق مقایسه پاسخ های تحلیل با نتایج اجزاء محدود (بر پایه نرم افزارabaqus ) و همچنین با نتایج حالتهای ویژه موجود در مراجع صورت گرفته است.

در این پایان نامه، مقاومت و رفتار دینامیکی سازه های ساندویچی در برابر بارگذاری ضربه ی کششی، به صورت تجربی و عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. نظر به اهمیت ساز ه های ساندویچی در صنایع هوافضا و خودرو، و جایگزین شدن این گونه سازه ها در قسمت های متفاوت بدنه ی موشک و خودرو، استخراج رفتار این سازه ها در مقابل بارگذاری های مختلف از اهمیت بسیاری برخوردار گشته است. از بارگذاری ضربه با سرعت کم می توان به عنوان یکی از حساس ترین این شرایط نام برد که نیاز به بررسی روش های جدیدتر و در دسترس تر برای مطالعه ی آن به طور روز افزون احساس می گردد. پس از مطالعه ی مراجع و بررسی کار های انجام شده در حوزه ی بارگذاری ضربه ای سازه ‎ها، ابتدا پنل های ساندویچی با پوسته ها و هسته های مختلف، طراحی و ساخته شده ، و خواص آنها استخراج شده است. مواد پوسته ی نمونه ها از الیاف شیشه و کربن، و رزین اپوکسی تشکیل شده است. همچنین از فوم های p.v.c و p.s به عنوان هسته ی سازه ی ساندویچی استفاده شده است. در ادامه با ساخت فیکسچر برای دستگاه آزمایش ضربه ی چارپی، مقاومت سازه ها تحت بارگذاری ضربه ی کششی، به صورت تجربی، آنالیز و بررسی شده است. در مرحله ی بعد، نمونه ی پنل های ساندویچی، به وسیله ی نرم افزار ansys مدل سازی عددی شده و تحت ضربه ی کششی قرار گرفته است. در نهایت نتایج این دو روش با هم مقایسه گردیده و پارامترهای موثر در رفتار سازه ها بررسی شده اند. کلید واژه: ضربه ی کششی، ماشین ضربه ی چارپی، مواد مرکب ساندویچی

در این مقاله، تحلیل خیز و تنش در ورق های دایره ای شکل ساخته شده از مواد هدفمند دو جهته در راستاهای ضخامت و شعاعی ارائه گردیده است. تئوری ورق مورد استفاده برای تحلیل در این مقاله، تئوری کلاسیک بوده و فرضیات مناسب با آن لحاظ شده است. در ادامه فرضیات مواد هدفمند دو جهته، در این معادلات اعمال شده و معادلات حاکم بر مسئله استخراج شده است. در این قسمت شرایط مرزی مناسب اعمال و شیوه اعمال آنها نیز ارائه گردیده است. برای حل مسئله از روش عددی تفاضل محدود استفاده شده است. در ادامه با حل مسئله و دستیابی به نتایج مد نظر، جابجایی ها و تنش ها برای مواد ایزوتروپیک، مواد هدفمند یک جهته در راستاهای ضخامت و شعاعی و همچنین مواد هدفمند دو جهته ارائه و با نتایج نرم افزار آباکوس و همچنین با نتایج مراجع معتبر صحه گذاری شده است.

با توجه به این که سازه های کامپوزیتی در کاربری های مختلف مورد استفاده ی صنایع قرار می گیرند، در دوره ی عمر خود بارگذاری های کششی، پیچشی، خمشی، ضربه و در برخی موارد ترکیبی از این بارگذاری ها را تجربه می کنند؛ از این رو برای بارگذاری های مختلف، بررسی سازه های کامپوزیتی و خصوصا سازه های کامپوزیتی ترمیم شده و ترمیم های کامپوزیتی از اهمیت بالایی در انتخاب ترمیم بهینه و صرفه جویی در هزینه های ترمیم و نگهداری، برخوردار است. سیکل های تنشی روی سازه می تواند موجب ایجاد میدان تنشی بالاتر از سطح استحکام سازه و در نهایت ایجاد ریز ترک در سازه شود، متداول ترین عیوبی که برای سازه های مهندسی محتمل است، رخداد ترک و ریز ترک در سازه است. ترمیم سازه و تعویض سازه ی معیوب از راهکارهایی است که متناسب با کاربری سازه و پیشنهادهای ارائه شده در راهنمای کاربران قطعه، انتخاب می شود. انتخاب راهکار مناسب ترمیم که شامل ابعاد و اندازه ها و جنس مواد به کاررفته در ترمیم است با بررسی روی ترمیم های مختلف و آنالیز حساسیت روی آن ها قابل انجام است. کار حاضر شامل دو بخش الف) معرفی کارهای تحلیلی انجام شده و فرضیه های مربوط به وصله ی کامپوزیتی تقویت کننده و ترمیم کننده و پیشنهادی برای دستیابی به تابع تنش مناسب جهت تحلیل تنش وصله های ترمیم کننده و ب) انجام تحلیل عددی و بررسی تاثیر پارامترهای طراحی روی سازه ی ترمیم شده با ترک مرکزی، تحت بارگذاری کششی و دینامیکی (گذرا و ضربه با سرعت پایین) و ترکیبی (بارگذاری دینامیکی گذار روی سازه ی دارای پیش کشش و پیش فشار و ضربه بر سازه ی دارای پیش-کشش) است. در بخش مرور آنالیزهای تحلیلی که به معرفی اثر تقویت کنندگی وصله های کامپوزیتی پرداخته شده-است به معرفی روش متداول سطح بسته و فرضیه های پیشنهاد شده و روش های به کارگرفته شده برای استخراج تابع تنش دوبعدی برای ناحیه ی وصله، جهت بررسی توزیع تنش در وصله ی کامپوزیتی پرداخته شده است. در بخش عددی با تایید مدل برای سه حالت بدون ترک، ترکدار و در نهایت برای مدل دینامیکی با بار ضربه، به بررسی اثر پارامترهایی مانند ضخامت چسب، ضخامت وصله، طول ترک، استفاده از ترمیم یک-طرفه و دوطرفه و جنس وصله های کامپوزیتی و همچنین بررسی تاثیر پیش بار پرداخته شده است.

در فصول ابتدایی از این تحقیق به طور کلی به بیان تاریخچهی کوتاهی در ارتباط با کارهایی که در زمین? بیومکانیک سر انسان شامل بررسی رفتارهای این سیستم تحت بارهای ضربه و همچنین رفتار ارتعاشاتی این سامانه در اثر محرکهای خارجی پرداخته شده است. ابتدا به بررسی اهمیت موضوع پیش رو در ارتباط با آسیبهایی که به سر وارد میشود و هزینه هایی که از لحاظ جانی و مالی در بر دارد میپردازیم. سپس به بررسی گذشته رفتار موادی که برای شبیه سازی بافتهای سر شامل : بافت سخت جمجمه، بافت نرم مغز و همچنین قسمتهای دیگری که در مدل سازی این سامانه در نظر گرفته شده است، به صورت مفصل پرداخته خواهد شد. در این راستا روند تکمیلی مدلهای ارائه شده برای این مواد بررسی میشود. در مرحله بعد انواع آسیب روی بافت مغز بررسی خواهد شد، در این بررسی کارهایی که تا کنون صورت گرفته اند و معیارهای موجود برای آسیب معرفی می گردند. در ادامه 3 نوع مدل سازی (تجربی، ریاضی، المان محدود) صورت گرفته برای سیستم جمجمه و مغز معرفی میگردد و تاریخچه پیشرفت این مدلها در سالهای اخیر بررسی میشود. این 3 مدل شامل : روشهای تجربی که تا کنون مورد آزمایش قرار گرفتهاند، مدل سازی های ریاضی که با ساده سازیهای انجام شده ارائه شده اند و مدل سازیهای المان محدودی که تا کنون برای هندسه سر انسان جهت تحلیلهای گوناگون مورد استفاده قرار گرفتهاند، میباشد. در انتهای بیان پیشینه موضوع، هدف از انجام پروژه کنونی و ایدههای به کار رفته در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفته است. در بخش دوم از این تحقیق به طور کلی به بررسی اهمیت موضوع آسیبهای سر و برآورد هزینه های ناشی از آن پرداخته شده است. در ادامه بررسی مختصری دربارهی آناتومی قسمت های مختلف سر انسان، از جمله جمجمه، مغز و قسمتهای مهمی که در تحلیلها به کار رفته و بررسی آنها در مدل سازیها جهت دستیابی به نتایج دقیقتر ضروری و موثر میباشد پرداخته شده است. در بخش بعد از این مطالعه جهت تعیین مشخصات مادهای با رفتار دینامیکی سازگار با بافتهای نرم به بررسی روابط حاکم بر مواد هایپرالاستیک پرداخته شده است. ابتدا روابط مربوط به تنش کرنش و سپس روابط مربوط به تعادل استخراج شده اند. همچنین توابع انرژی مربوط به مواد هایپرالاستیک مورد بررسی قرار گرفته است، و روابط برای استخراج معادلات المان محدود مورد استفاده قرار گرفتهاند و بسط داده شدهاند. در انتهای این قسمت مواد هایپرالاستیک بر اساس دسته بندیهایی که صورت گرفته است، با توجه به ویژگیهای آنها به وسیله 2 روابط حاکم بر آنها معرفی شدهاند. در بخش بعد از این تحقیق ابتدا به مدلسازی ریاضی ارتعاشات سامانه جمجمه - مغز پرداخته شده است. در این مدل سازی از مدل کروی برای شبیه سازی هندسه جمجمه و مغز استفاده شده و از خواص ویسکوالاستیک برای شبیه سازی بافت نرم استفاده شده است. در ادامهی این بخش به بررسی ساده سازیهای صورت گرفته و استخراج معادلات المان محدود مربوط به مواد هایپرالاستیک پرداخته شده است. در این مرحله معادلات المان محدود استخراج شده و به صورت ماتریس ارائه شده اند. در فصل پنجم مدل های المان محدود ساخته شده برای سر انسان ارائه شده اند. این مدلها شامل دو قسمت : مدل کروی و مدل با هندسه واقعی میباشد. در انتها نیز 4 مدل از مواد هایپرالاستیک استفاده شده برای شبیه سازی رفتار دینامیکی بافت مغز مورد بررسی قرار گرفتهاند و روابط حاکم بر آنها برای استفاده در تحلیلهای صورت گرفته، ارائه شده است. در فصل ششم به بررسی نتایج حاصل شده از مدل سازی دینامیکی سامان? جمجمه و مغز انسان پرداخته شده است، با توجه به تحلیلهای صورت گرفته نتایج شامل تحلیل مربوط به مدل ارتعاشاتی ساخته شده و شبیه سازی صورت گرفته برای ضربه بر روی سر انسان می باشد. در قسمت مربوط به مدل سازی ارتعاشات سر انسان نتایج بدست آمده از حل عددی با نتایج حاصل شده توسط شبیه سازی صورت گرفته در نرمافزار انسیس مورد مقایسه قرار گرفته است. در بخش دوم از نتایج که مربوط به 8 نوع مدل سازی صورت گرفته برای سر انسان میباشد، با نتایج تجربی موجود اعتبار سنجی شده است. در این مدل سازیها مدل ابتدا مدل مربوط به هندسه کروی سر انسان و سپس مدل با هندسه واقعی مورد بررسی قرار گرفته است. در انتها نیز با توجه به شتابهای حاصل شده از ضربه معیار آسیب سر انسان مورد بررسی قرار گرفته است.

پاسخ دینامیکی یک ورق ساندویچی با رویه های کامپوزیتی به همراه یک جرم گسترده متصله یکنواخت تحت ضربه سرعت پایین در پروژه حاضر بررسی شده است. ورق ساندویچی مربعی از دو رویه کامپوزیتی چند لایه نازک و یک هسته انعطاف پذیر ضخیم تشکیل شده و جرم گسترده متصله نیز از یک ماده همسانگرد و با فرض عدم مقاومت در برابر خمش ناحیه اتصال، ساخته شده است. ابتدا ارتعاشات آزاد ورق ساندویچی به همراه جرم گسترده با استفاده از فرمول بندی ریاضی بکمک تئوری مرتبه بالای پنل ساندویچی و حل مسأله مقدار ویژه حاصله، تحلیل می شود. در این فرمول بندی از تئوری کلاسیک ورق های کامپوزیتی برای رویه ها و تئوری الاستیسیته سه بعدی برای هسته استفاده شده است. فرکانس پایه بدست آمده پس از اعتبارسنجی با مقالات معتبر، برحسب تغییر مکان جرم گسترده، چگالی سطحی آن و نسبت طول به ضخامت ورق ساندویچی مورد مطالعه قرار می گیرد. در قسمت دوم، تحلیل همین سازه تحت ضربه کم سرعت بررسی می گردد. مسأله ضربه با استفاده از تئوری مرتبه بالای ورق ساندویچی و یک مدل جرم – فنر دو درجه آزادی توصیف می شود که با حل همزمان معادلات دیفرانسیل پاره ای حرکت به روش نویر، جابجایی ها و نیروی تماس بصورت تحلیلی بدست می آید. سپس اثر پارامترهای گوناگون در رفتار سیستم بررسی و نتایج مقایسه ها مطالعه می گردد.

ویژگی بارز سوپرالاستیک آلیاژهای حافظه دار آنها را برای کاربردهای حسگری، عملگری، جذب انرژی ضربه و میرایی ارتعاشات مناسب ساخته است. در تحقیق کنونی تحلیل ضربه کم سرعت روی ورق کامپوزیت هیبرید تقویت شده با سیم های حافظه دار مورد بررسی قرار گرفته است. در کارهای ارائه شده تا کنون، تغییرات فاز لحظه ای مواد حافظه دار در تحلیل سازه به فرمی دقیق بررسی نشده است. در تحقیق کنونی با ارائه الگوریتمی مناسب نارسایی یاد شده رفع گردیده است.برای بدست آوردن معادلات دینامیکی حاکم، از اصل همیلتون و تئوری برشی مرتبه اول استفاده شده است. هم چنین برای مدل سازی آلیاژ حافظه دار از معادلات ارائه شده توسط برینسون استفاده گردیده است.سیستم معادلات بدست آمده با استفاده از روش عددی المان محدود و کدنویسی به کمک نرم افزار متلب حل شده اند.

در سال های اخیر، پیشرفت های زیادی در زمینه ی تقویت سازه های کامپوزیتی توسط آلیاژهای حافظه دار صورت گرفته است. این مواد تحت بارگذاری سیکلی مکانیکی، از طریق ایجاد حلقه ی برگشت پذیر هیسترزیس، انرژی مکانیکی را جذب و یا تلف می کنند.این ویژگی بارز آلیاژهای حافظه دار، آنها را برای کاربردهای حسگری، عملگری، جذب انرژی ضربه و میرایی ارتعاشات مناسب ساخته است. در کارهای ارائه شده تاکنون، تغییرات فاز لحظه ای مواد حافظه دار در زمان ارتعاش سازه به فرمی دقیق بررسی نشده است. در تحقیق کنونی، ارتعاشات ورق کامپوزیت هیبرید تقویت شده با آلیاژ حافظه دار، با ارائه الگوریتمی مناسب جهت برطرف نمودن نارسایی یاد شده، مورد بررسی قرار گرفته است. برای بدست آوردن معادلات ارتعاشی، از اصل همیلتون و تئوری تغییر شکل برشی مرتبه ی اول استفاده شده است. هم چنین برای مدل سازی آلیاژ حافظه دار، از معادلات بنیادین ارائه شده توسط برینسون استفاده گردیده و حل معادلات زمانی توسط روش انتگرال گیری زمانی نیومارک صورت گرفته است. سیستم معادلات بدست آمده، با استفاده از روش عددی المان محدود و کد نویسی به کمک نرم افزار متلب، حل شده اند. در این تحقیق برای اولین بار تغییرات کسر حجمی مارتنزیت بواسطه ی تغییرات تنش در هر زمان و تاثیر آن روی خواص مکانیکی آلیاژ حافظه دار و کامپوزیت هیبرید و نیروی بازیابی آلیاژ حافظه دار در نظر گرفته شده است. در این تحقیق، تأثیر کسر حجمی فیبرهای حافظه دار در هر لایه و تأثیر نیروی اعمالی بر رفتار ارتعاشی کامپوزیتِ تحت بار ضربه ای نیز مورد بررسی قرار گرفته است.

در این تحقیق، رفتار استاتیکی و دینامیکی ورق های تک لایه و ساندویچی دایره ای و حلقوی مورد بررسی قرار گرفته است. معادلات حاکم بر اساس تئوری الاستیسیته مبتنی بر تئوری زیگزاگ با استفاده از اصل کمینه سازی انرژی ها استخراج شده است. بر اساس روند تحلیل ارائه شده، مولفه های تنش، کرنش و جابجایی بطور کامل قابل دست یابی می باشد. همچنین شرایط پیوستگی تنش های قائم و برشی عرضی در محل تماس لایه ها برقرار می گردد. با استفاده از روند تحلیل ارائه شده، پاسخ های بسیار دقیق با صرف هزینه محاسباتی پایین بدست خواهد آمد. برای بهبود دقت پاسخ ها، برای اولین بار ضرایب تصحیح برشی محلی برای ورق های ساندویچی ارائه شده است. قابل ذکر است که روند تحلیل ارائه شده دارای قابلیت های گسترده ای می باشد مانند بررسی ورق های دایره ای و حلقوی تک لایه یا ساندویچی با ضخامت متغیر دلخواه و تغییرات تک جهته یا دوجهته خواص مواد (ورق های ساندویچی با هسته یا رویه های هدفمند). همچنین ورق های تحت بارگذاری غیریکنواخت قائم و برشی، تکیه گاه الاستیک غیر یکنواخت، تکیه گاه برشی و بارگذاری های دینامکی متنوع قابل تحلیل می باشد. بنابراین با بررسی اثر پارامترهای مختلف مطالعات وسیعی قابل انجام می باشد. از سوی دیگر، بررسی اثر پارامترهای مختلف بصورت پارامتریک در بسیاری از کاربردها می تواند مفید باشد. بنابراین یک حل تحلیلی بر اساس روش سری توانی برای حل مسائل ارتعاش آزاد، استاتیکی و دینامیکی توسعه داده شد. همچنین روش تحلیلی توسعه داده شده برای اولین بار برای تحلیل ورق های حلقوی مورد استفاده قرار گرفته است. با بررسی اثر ضرایب تصحیح برشی بر پاسخ فرکانسی ورق ساندویچی می توان دریافت که این ضرایب اثر بسیار مناسبی بر بهبود پاسخ ها و افزایش دقت آنها دارد. قابل ذکر است که ضرایب ارائه شده در سازه های دارای ضخامت بیشتر و در فرکانس های بالاتر موثرتر می باشد.

امروزه مواد هدفمند با توجه به خواص ویژه ی که دارند بسیار مورد توجه محققان قرار گرفته است. تغییر پیوسته خواص در این مواد، وجود پدیده های نامطلوب مانند تمرکز تنش را به حداقل می رساند. از سوی دیگر رفتار ویسکوالاستیک در بارگذاری دینامیکی به پیدایش میرایی ساختاری می انجامد. در این پایان نامه ویژگی های رفتار خمشی ورق ویسکوالاستیک هدفمند (رفتاری که وابسته به مکان و زمان است) تحت ارتعاشات اجباری مورد تحلیل قرار گرفته و روابط حاکم بر آن بررسی شده است. مدل مورد بررسی یک مدل جامد استاندارد خطی است که شرایط مرزی آن در چهار لبه، تکیه گاه ساده، غیر قابل حرکت می باشد. تئوری ورق استفاده شده در مطالعات کنونی تئوری کلاسیک بوده است. ابتدا ورق همسانگرد ، ورق هدفمند ودر ادامه ورق ویسکوالاستیک را تحت شرایط مختلف بارگذاری و هندسی بررسی و با مراجع موجود صحه گذاری شده است. معادله حاصله یک معادله دیفرانسیلی-انتگرالی است که با استفاده از روش ناویر و روش های حل زمانی ( سری ذوزنقه ایی ، شتاب متوسط ثابت ) حل شده است. در انتها ورق ویسکوالاستیک هدفمند بررسی و با توجه به ویژگی ورق ویسکوالاستیک و ورق هدفمند مدلی برای ورق ویسکوالاستیک هدفمند پیشنهاد و نشان داده شده است که استفاده از ورق های ویسکوالاستیک هدفمند موجب کاهش بیشینه خیز ورق در پاسخ دینامیکی و فرکانس طبیعی آن می شود. به دلیل هدفمند بودن ورق رفتار مکانیکی آن در جهت ضخامت به صورت پیوسته تغییر می کند اما به واسطه میرایی موجود در مواد ویسکوالاستیک رفتار دینامیکی و ارتعاشی آن به شدت محدود می شود. مدل موجود با افزایش میرایی سختی اش افزایش یافته لذا فرکانس ارتعاشی آن افزایش می یابد، بنابراین برای حذف نوسانات ورق می توانیم از میراکننده هایی با ثابت میرایی کمتر استفاده کنیم. به ازای مقادیر توزیع حجمی و ثابت میرایی مختلف رفتار ورق متفاوت بوده و می توان سخت شوندگی و نرم شوندگی یا به عبارتی میزان نوسانات، خیز و مدت زمان لازم برای رسیدن به حالت پایدار را پیش بینی نمود که این موضوع می تواند به صورت گسترده ایی در صنعت مورد توجه قرار گیرد.

در این تحقیق تحلیل دینامیکی غیرخطی ورق های ساندویچی که رویه های آن کامپوزیتی با سیمهای حافظه دار می باشند، با در نظر گرفتن تغییرات لحظه ای کسر حجمی مارتنزیتی و خواص مواد در نقاط مختلف سازه به طور پیوسته، بررسی شده است. معادلات سینماتیکی تغییر فاز آلیاژهای حافظه دار با معادلات حرکت کوپله بوده که منجر به غیرخطی و پیچیده تر شدن معادلات می شود. بدین منظور برای حل معادلات، یک روش نموی تکراری بر اساس فرمولاسیون اجزاء محدود گذرای غیرخطی به همراه یک الگوریتم تغییر فاز دینامیکی ارائه شده است. نتایج بیانگر کاهش ارتعاشات سازه می باشد که ناشی از استهلاک انرژی به دلیل تغییر فاز سیم های حافظه دار می باشد. برای مدلسازی رفتار شبه الاستیک و همچنین اثر حافظه داری آلیاژهای حافظه دار از مدل برینسون استفاده شده است. در این تحقیق تحلیل دینامیکی غیرخطی سازه های مختلف اعم از تیر کاملا حافظه دار، تیر چند لایه کامپوزیتی حافظه دار، تیر ساندویچی حافظه دار، ورق چند لایه کامپوزیتی حافظه دار و نهایتا ورق ساندویچی با رویه های کامپوزیتی حافظه دار و هسته انعطاف پذیر بررسی شده است. برای تحلیل دینامیکی تیر ساندویچی، در ابتدا یک المان مرتبه بالا براساس تئوری مرتبه بالای ساندویچی ارائه شده و سپس با استفاده از این المان فرمولاسیون اجزاء محدود غیرخطی تیر ساندویچی حافظه دار انجام شده است. همچنین برای تحلیل ورقهای چند لایه کامپوزیتی حافظه دار از فرمولاسیون متحدالشکل ارائه شده توسط کررا استفاده شده است. به عبارتی فرمولاسیون متحدالشکل، یک مدل کلی می باشد که قادر به مدلسازی بسیاری از تئوریهای موجود می باشد. از آنجایی که در این تحقیق با یک مساله المان محدود گذرای غیرخطی یک ورق چند لایه ساندویچی مواجه هستیم، بنابراین نیاز به یک تئوری می باشد که دارای دقت بالا و در عین حال حجم محاسبات پایینی باشد. بدین منظور در این تحقیق در ابتدا یک مدل هیبریدی جدید در چهارچوب کاری متحدالشکل کررا ارائه گردیده است که علیرغم در نظر گرفتن پیوستگی تنشهای عرضی دارای درجات آزادی کمتر (مستقل از تعداد لایه ها) و دقت بالایی بوده و سپس با استفاده از این مدل، فرمولاسیون اجزاء محدود غیرخطی ورق ساندویچی با رویه های کامپوزیتی حافظه دار انجام شده است. در این راستا اثرات حرارتی و همچنین خواص هسته وابسته به دما نیز در نظر گرفته شده اند. به عبارتی با افزایش دما خواص هسته کاهش می یابد و باعث کاهش سفتی سازه می گردد در صورتیکه آلیاژ حافظه دار با افزایش دما به علت تنشهای بازیابی کششی (ناشی از اثر حافظه داری) خواصی بر عکس را از خودشان نشان می دهد. بنابراین می توان از سیم های حافظه دار در رویه های ورق ساندویچی، برای بهبود پاسخ دینامیکی که از اهمیت خاصی برخوردار می باشد، استفاده نمود چرا که سفتی سازه ساندویچی عادی با افزایش دما، به علت کاهش خواص هسته کاهش می یابد، ولی در صورت استفاده از سیمهای حافظه دار می توان از این اثرات جلوگیری کرد و برعکس خواص را در دماهای بالا بهبود بخشید.

آلیاژهای حافظه دار گروه خاصی از مواد هوشمندند که می توانند در اثر افزایش دما تحت یک استحاله ی فازی برگشت پذیر جامد به جامد به شکل اولیه ی خود بازگردند. به علاوه این مواد تحت بارگذاری سیکلی مکانیکی، می توانند از طریق ایجاد حلقه ی برگشت پذیر هیسترزیس، انرژی مکانیکی را جذب و یا تلف کنند. این ویژگی های بی نظیر آلیاژهای حافظه دار، آن ها را برای کاربردهای حسگری، عملگری، جذب انرژی ضربه و دمپ ارتعاشات مناسب ساخته است. در تحقیقات صورت گرفته تا به امروز، مدل سازی رفتار آلیاژ حافظه دار بصورت مناسبی صورت نگرفته است، چرا که کسر حجمی مارتنزیت که عامل مهمی در تعیین خواص آلیاژ حافظه دار و نیروی بازیابی آن می باشد ثابت در نظر گرفته شده است. از طرفی اکثر پژوهش های انجام شده پاسخ ورق به ضربه مرکزی را در بر می گیرند و عموماً برای حالت های بدون پیش بار انجام شده اند. در این پژوهش به تحلیل دینامیکی غیرخطی ضربه کم سرعت ورق کامپوزیتی مستطیلی تقویت شده با آلیاژ حافظه دار پرداخته شده است. برای استخراج نتایجی دقیق، در مدل سازی آلیاژ حافظه دار با کد نویسی vumat در نرم افزار آباکوس، اثر تغییرات لحظه ای و غیر یکنواخت بودن مکانی میزان تبدیل فاز آستنیت به مارتنزیت و برعکس در نظر گرفته شده است. همچنین بجای استفاده از تئوری های تقریبی ورق، به منظور استخراج پاسخ های ضربه بر پایه تئوری الاستیسیته سه بعدی از شبیه سازی سه بعدی ضربه در نرم افزار آباکوس استفاده گردیده است. در انتها نیز به بررسی تاثیر پارامترهای مختلف از جمله اثر کسر حجمی آلیاژ حافظه دار، موقعیت قرارگیری آلیاژ حافظه دار، پیش بار و خارج از مرکز بودن ضربه بر پاسخ ضربه ورق کامپوزتی تقویت شده با آلیاژ حافظه دار پرداخته شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که خاصیت سوپر الاستیسیته آلیاژ حافظه دار باعث می شود که این آلیاژ در حین ضربه با تشکیل حلقه هیسترزیس انرژی زیادی را جذب کند. این امر باعث کاهش انرژی جذب شده توسط ورق کامپوزیتی می گردد و در نتیجه مقاومت به ضربه ورق کامپوزیتی افزایش و آسیب ناشی از ضربه کاهش می یابد.

آلیاژهای حافظه دار، گروه خاصی از مواد حافظه دار هستند، که با افزایش دما، قابلیت برگشت به شکل اولیه خود را دارند. افزایش دما، می تواند منجر به بازیابی شکل اولیه، حتّی تحت بارهای اعمالی بسیار بالا، می شود، علاوه بر این، این آلیاژها، هنگامی که در معرض بارهای سیکلی مکانیکی قرار می گیرند، دستخوش یک تغییر شکل هیسترزیس برگشت پذیر می شوند که همین امر موجب جذب و پراکنده شدن انرژی مکانیکی، تحت شرایط خاص می شود.همین خواص منحصر به فرد این گروه از مواد را جهت استفاده به عنوان حسگر و عملگر، جاذب ضربه و جاذب ارتعاش بسیار مناسب کرده است.در طول دهه های گذشته، کارهای کلیدی بسیاری بر روی مکانیزم های میکروساختاری، تأثیرات مهندسی و کاربردهای آلیاژهای حافظه دار، انجام گرفته است.در تحقیق کنونی، تحلیل ضربه روی ورق کامپوزیت هیبرید تقویت شده با الیاف حافظه دار مورد بررسی قرار گرفته است. در کارهای ارائه شده تاکنون، تغییرات فاز لحظه ای مواد حافظه دار در تحلیل سازه تحت ضربه ی کم سرعت به فرمی دقیق بررسی نشده است. در تحقیق کنونی، رفتار ضربه ورق کامپوزیت هیبرید تقویت شده با آلیاژ حافظه دار، با ارائه الگوریتمی مناسب جهت برطرف نمودن نارسایی یاد شده، مورد بررسی قرار گرفته است. برای بدست آوردن معادلات ارتعاشی، از اصل همیلتون و تئوری تغییر شکل برشی مرتبه ی اول استفاده شده است. هم چنین برای مدل سازی آلیاژ حافظه دار، از معادلات بنیادین ارائه شده توسط برینسون استفاده گردیده و حل معادلات زمانی توسط روش انتگرال گیری زمانی نیومارک صورت گرفته است. سیستم معادلات بدست آمده، با استفاده از روش عددی المان محدود و کد نویسی به کمک نرم افزار متلب، حل شده اند. در این تحقیق برای اولین بار تغییرات کسر حجمی مارتنزیت بواسطه ی تغییرات تنش در هر زمان و تاثیر آن روی خواص مکانیکی آلیاژ حافظه دار و کامپوزیت هیبرید و نیروی بازیابی آلیاژ حافظه دار در نظر گرفته شده است. در این تحقیق، تأثیر کسر حجمی فیبرهای حافظه دار در هر لایه و اثر فاصله الیاف تا مرکز ورق و اثر زاویه الیاف بر رفتار دینامیکی کامپوزیت نیز مورد بررسی قرار گرفته است

در این پایان نامه، کمانش حرارتی ورق های کامپوزیتی چهارگوش مورد بررسی قرار گرفت. در این مسیر بر خلاف بسیاری از کارهای انجام شده در زمینه کمانش حرارتی ورقها که از تئوریهای کلاسیک، تغییرشکل برشی مرتبه اول و یا مرتبه بالاتر استفاده کرده اند از روش layerwise استفاده گردید . با توجه به اهمیت مولفه های کرنش عرضی ورق، از میدان جابجایی غیرخطی فن کارمن استفاده گردید تا اثرات در نظر نگرفتن این مولفه ها خطایی را در نتایج ایجاد نکند. همچنین معادلات حاکم بر مساله با کمینه کردن تابع پتانسیل کل سیستم حاصل شد. از آنجایی که بدلیل غیرخطی بودن روابط، امکان استفاده از روش حل مقدار ویژه برای تعیین دمای کمانش میسر نبود از روش المان محدود و با استفاده از معیار پایداری بودیانسکی، بررسی کمانش ورق انجام شد. در روش بودیانسکی، دما بصورت افزایش مرحله ای به سیستم وارد شده و در هر مرحله جابجایی ها محاسبه شدند. بدلیل غیرخطی بودن روابط، در هر مرحله از بارگذاری، برای تعیین مقادیر گرهی نهایی از روش تکرار استفاده شد. در هر تکرار مقدار بدست آمده با مقادیر محاسبه شده از تکرار قبل مقایسه شده، در صورت برقراری شرط همگرایی، دما افزایش یافته و مقادیر گرهی بدست آمده در آخرین مرحله بعنوان مقادیر گرهی جدید برای مولفه های غیرخطی منظور شد. پس از اتمام مراحل بارگذاری، منحنی جابجایی-دما رسم شد. تغییر شیب ناگهانی نمودار به عنوان دمای بحرانی سیستم در نظر گرفته شد. در روش المان محدود از المان لاگرانژی 4 گرهی تعمیم یافته با پیوستگی c0 برای جابجایی های درون صفحه و از المان لاگرانژی خطی 2 گرهی برای هر تقسیم در راستای ضخامت استفاده شد. در نتیجه، فرمولاسیون امکان اعمال هر دو شرط مرزی گیردار و تکیه گاه ساده را فراهم نمود. در قسمت نتایج، اثرات تغییرات نسبت های مختلف ابعاد هندسی یا مشخصات مادی بر روی دمای کمانش مورد بررسی قرار گرفت. دما در تمامی حالات بصورت یکنواخت در کل ورق اعمال شد. نتایج نیز در هر حالت مورد بحث قرار گرفت و دلایل کاربرد بیشتر ورقهای کامپوزیتی پادمتقارن نسبت به متقارن مشخص گردید.

تحلیل مسائل محیط های ناهمگن به دلیل کاربردهای گسترده مواد پیشرفته، به ویژه، مواد با ساختار مدرج تابعی، در ساخت ورق ها و پوسته های مخازن، واکنشگاه های هسته ای، توربین ها و دیگر اجزای ماشین های جدید در سال های اخیر، مورد توجه افزون محققان مکانیک محاسباتی قرار گرفته است. از سوی دیگر، اغلب محیط های مدرج تابعی مانند گونه هایی از پلیمرها، دارای رفتاری وابسته به زمان تحت یک تاریخچه بارگذاری می باشند. هدف رساله ی حاضر، ارائه رهیافت هایی محاسباتی به منظور پیش بینی پاسخ مکانیکی وابسته به زمان محیط های ناهمگن ویسکوالاستیک با ساختار مدرج تابعی است. به منظور ارائه معادله های ساختاری ویسکوالاستیک از مدل های تعمیم یافته پرونی در قالب توابع اتساع و برش برای در نظر گرفتن پدیده های واهلش یا وارهیدگی و خزش بهره گرفته شده است. معادلات ساختاری این مدل های مکانیکی به صورت حاصل جمع سری های عبارات نمایی کاهش یابنده نسبت به زمان، بیان می شوند. این مدل برای توصیف هر دو رفتار خزشی و واهلشی هر محیط ویسکوالاستیک مناسب است. با استفاده از اصل کار مجازی، فرم نموی اجزای محدود معادلات حاکم بر محیط ویسکوالاستیک مدرج و فرمولبندی بازگشتی انتگرال های تاریخچه ای ساختاری به دست آمده اند. به منظور بررسی تغییرات خواص محیط های ویسکوالاستیک ناهمگن در مرزها نیز از رهیافت اجزای مرزی جدیدی بر اساس روش مانده های وزنی استفاده گردیده است. رفتار تماسی ویسکوالاستیک اجسام تغییرشکل پذیر، در حالت ویژه به دلیل تغییرات پیوسته مرز در ناحیه مشترک تماس یک مسئله غیرخطی است که هم تحت تاثیر خواص الاستیک و هم خواص ویسکوز می باشد. از الگوریتم لاگرانژ الحاقی مبتنی بر شرایط سینماتیکی و هندسی، برای تحلیل تماس ویسکوالاستیک استفاده شد. وسعت ناحیه تماس و توزیع تنش های تماسی در محیط های مدرج تابعی ویسکوالاستیک، به زمان وابسته می باشند. رهیافت های محاسباتی توسعه یافته، با بررسی برخی مثال های کاربردی از قبیل پاسخ خزشی و واهلش ورق های تحت بار سوراخ دار و مورب مدرج تابعی و مخازن تحت فشار با ساختار مدرج تابعی، مدل سازی فرآیند فروروی در محیط های مدرج تابعی و تماس استوانه با بستر مدرج تابعی مورد ارزیابی قرار گرفته اند. نتایج نشان می دهند که با افزایش اندازه پارامتر ناهمگنی ویژگی های مواد، اندازه مولفه های جابجایی تغییرات قابل توجهی یافته ولی میدان تنش از قاعده مشخصی پیروی نکرده است. رهیافت اجزای مرزی به خصوص در مسائل با تمرکز تنش بسیار دقیق تر و با حجم محاسبات کمتری نسبت به رهیافت اجزای محدود مدرج می باشد.

در این پروژه به بررسی تأثیر ضربه کم سرعت بر ورق کامپوزیتی پیزوالکتریک مورد استفاده در بدنه خودرو پرداخته شده است. با توجه به عدم انجام پژوهشی در این زمینه تا به حال سعی شد در تحلیل ها با وجود پیچیدگی مدل سازی و رفتار مواد به¬جای تئوری کلاسیک ورق از تئوری دقیقتر تغییر شکل برشی مرتبه اول برای میدان جابه جایی استفاده شود که از دقت مناسبی جهت مدل سازی برای میدان جابه جایی برخوردار است. روابط کرنش- جابه جایی و میدان اختلاف پتانسیل الکتریکی به صورت خطی در نظر گرفته شد¬اند. معادلات حاکم به شیوه انرژی بدست آمده¬اند. برای حل مساله از روش اجزای محدود یا fem استفاده شده است. به این منظور و با توجه به عدم توانایی بسیاری از نرم¬افزارهای المان محدود رایج، جهت دست یابی به نتایج دلخواه در نرم افزار matlab برنامه نویسی انجام شده است و این برنامه و نتایج خروجی آن بر پایه نتایج تجربی موجود، مورد صحه گذاری قرار گرفت. در این راستا، با در نظر گرفتن تغییر عوامل مختلف اعم از جرم ضربه¬زن ، سرعت ضربه¬زن، کسر حجمی الیاف، نوع الیاف و میزان ولتاژ اعمالی، به بررسی تغییر این عوامل بر روی نیروی ضربه ، خیز ورق و موارد دیگر پرداخته شد. نتایج به دست آمده می¬تواند مرجع مناسبی جهت طراحی این نوع کامپوزیت¬ها تحت بار ضربه¬ای باشد.

در این پایان¬نامه رویه¬ای عددی برای پیش¬بینی رفتار طولانی مدت پوسته استوانه¬ای کامپوزیتی چند لایه تقویت شده با الیاف و ذرات نانو بدست آمد. در این رویه تئوری مرتبه اول برشی برای پوسته با بارگذاری غشایی و خمشی با داشتن رفتار ویسکوالاستیک غیر خطی گسترش داده شد. پاسخ ماده وابسته به تاریخچه تنش و دما است که با استفاده از معادله انتگرالی غیر خطی ویسکوالاستیک شاپری مدل شد. برای فرم کامپلیانس خزشی از سری پرونی استفاده شد. انتگرال ولترا در مدل شاپری با اتخاذ روش عددی بازگشتی حل شد. در این روش تنها نیاز به ذخیره¬ی تنش¬ها و چند متغیر دیگر در گام قبلی است که در این صورت حافظه¬ی کمتری به خود اختصاص می¬دهد. در کار حاضر اثر اضافه کردن ذرات نانو با استفاده از خواص خزشی گزارش شده توسط دیگر مراجع بررسی می¬شود.

در این پایان نامه مساله ی ارتعاشات ورق های کامپوزیتی چهارگوش روی تکیه گاه های ساده ی حامل جرم یا سیستم جرم و فنر و دمپر برای اولین بار به صورت کاملا تحلیلی و با استفاده از تبدیل لاپلاس برای حل زمانی (برای ارتعاشات اجباری) و تکنیک جداسازی متغیر ها (برای آنالیز فرکانسی) مورد بررسی قرار گرفته است. در بررسی ارتعاشات اجباری ورق کامپوزیت دارای لایه چینی متقارن متعامد را مد نظر قرار داده و پژوهش را به حالت ورق های حامل سیستم جرم و فنر تحت بار متحرک تعمیم داده ایم. مجموعه ی این جنبه های گوناگون تا کنون در هیچ منبعی با هم دیگر و به طور یکجا مورد مطالعه قرار نگرفته است. برای آنالیز فرکانسی و بررسی ارتعاشات آزاد ورق های حامل سیستم جرم و فتر مدل های کلاسیک خطی و برشی مرتبه ی اول را برای ورق به کار گرفته ایم. در آخر نیز به ارتعاشات اجباری تیر های حامل سیستم جرم و فنر دارای لقی تکیه گاهی تحت بار متحرک متمرکز پرداخته و تاثیرات برخی از پارامترها بر ارتعاشات تیر های حامل جرم را سنجیده ایم. در بررسی ارتعاشات تیرهای حامل جرم از مدل های اویلر – برنولی و تیموشنکو بهره برده ایم. برخی از نتایج مهم تحقیق حاضر نیز عبارتند از افزایش دامنه ی ارتعاشات در حالتی که یک سیستم جرم و فنر به یک ورق کامپوزیت متصل باشد و این حقیقت که فرکانس طبیعی اول ارتعاشات ورق کامپوزیتی در اثر افزودن یک سیستم جرم و فنر افزایش یافته و سپس در اثر افزایش جرم کاهش می یابد و نیز در اثر افزودن یک جرم بدون واسطه ی فنر کاهش بیشتری می-یابد.

در این پژوهش، خواص الاستیک و بار کمانشی نانو ورقه ی نیترید بور بدون نقص و با نقص مورد بررسی قرار می گیرد. در ابتدا روابط مدول یانگ، ضریب پوآسون موثر (هم ارز) و بار کمانش نانو ورقه به صورت تحلیلی استخراج می شوند. این روابط جهت استخراج خواص هر نوع نانو ورقه ای قابل استفاده هستند. مقایسه ی پاسخ های حاصل از روابط ارائه شده با مقادیر موجود در مقالات جهت نانو ورقه های گرافن، نیترید بور و سیلیکون کربید، بیانگر تطابق بسیار خوبی می باشد. در مدلسازی نقص نانو ورقه، روش مکانیک مولکولی به کار گرفته می شود. از این رو، خواص معادل جهت شبیه سازی نانو ورقه به صورت ساختار سازه ای به روش اجزاء محدود و با استفاده از میدان های نیرویی uff و dreiding استخراج می گردد. نتایج خواص الاستیک و بار کمانش حاصل از روش مکانیک مولکولی برای نانو ورقه ی بدون نقص با نتایج حاصل از روابط تحلیلی ارائه شده و مقادیر موجود در مقالات صحه گذاری گشته و سپس اثر نقص بر این پارامترها و نیز مودهای کمانشی بررسی می گردد. نتایج نشان می دهد که با افزایش درصد نقص در نانو ورقه، مدول یانگ و ضریب پوآسون به صورت خطی به ترتیب کاهش و افزایش می یابند که در تطابق با گزارشات موجود در مقالات است. همچنین بار کمانشی نیز با مرتبه ی دوم نسبت به نسبت منظر نانوورقه، کاهش می یابد. افزایش پراکندگی نقص تا 10 درصد، باعث تغییر شکل مود کمانش در نانو ورقه ی نیترید بور می گردد.

مواد متخلخل از جمله موادی است که هم به صورت طبیعی و هم به صورت مصنوعی یافت می?شود. به دلیل رفتار مناسب این مواد در جذب واستهلاک انرژی، این مواد بعنوان ضربه گیر، عایق و کاربردهایی از این قبیل در صنایع خودروسازی، هوافضا و ساختمان سازی مورد استفاده قرار می گیرد. لذا بررسی رفتار ارتعاشی، آکوستیکی و استهلاکی آنها در طی بارگذاری های مختلف، موضوعی قابل بحث در مسایل مهندسی می باشد. تا کنون مقالات کمی در مورد ورق های پروالاستیک تحت بارگذاری های مختلف ارایه شده است. پاسخ ورق پروالاستیک تحت بار ضربه تا کنون مورد بررسی قرار نگرفته است. لذا در این تحقیق به تحلیل دینامیکی غیرخطی ضربه کم سرعت ورق پروالاستیک مستطیلی پرداخته شده است. هدف اصلی در این تحقیق ارایه مدل المان محدود مناسب برای بررسی رفتار ورق پروالاستیک در برابر ضربه کم سرعت است. برای این منظور ابتدا معادلات لازم برای تشریح رفتار مواد پروالاستیک بر اساس تئوری بایوت ارایه گردیده و سپس با استفاده از این معادلات و فرضیات تئوری ورق کلاسیک، معادلات ورق پروالاستیک استخراج گردیده است. از قانون تماس غیرخطی بهبودیافته هرتز برای مدلسازی ضربه استفاده شده و معادلات لازم ارایه گردیده است. سپس با استفاده از روش گلرکین فرمولاسیون المان محدود معادلات استخراج گردیده است. برای حل معادلات زمانی از روش انتگرال گیری زمانی نیومارک استفاده شده است. سپس با استفاده از کد تهیه شده در برنامه متلب ، سیستم معادلات به روش المان محدود حل و نتایج استخراج شده است.

اجزا بدنه خودرو عموما در معرض بارهای نامتناسب قرار دارند. از آنجا که تخمین عمر اجزا سازه و بدنه خودرو عموما به تغییر وزن و شتاب خودرو و هزینه ساخت و مسائل ایمنی و استحکام و عمر سازه منتهی می گردد، در صنایع طراحی و ساخت خودرو از اهمیت ویژه ای برخوردار است. تئوری های ارائه شده در این زمینه عموما برای اجزاسازه ای تحت بارهای بسیار ابتدایی سینوسی و هندسه اولیه ارائه شده اند، به گونه ای که عمر قطعات خودرو در نرم افزارهای ‏‎cae‎‏ همچنان بر پایه معیارهای نارسای تنش معادل تخمین زده می شود. مثلا در برخی این نرم افزارها کرنشهای نرمال اصلی و یا برشی در نظر گرفته نشده اند، در صورتیکه در معیار جدید پروژه کنونی ‏‎fsk‎‏ هم کرنش برشی ماکزیمم و هم تنش نرمال در تخمین عمر خستگی سهیمند.از جمله این نرم افزارها می توان ‏‎msc/fatigue‎‏ را نام برد . طراحی خودروی مرجع در شرکت ایران خودرو انجام شده است. در این پروژه می خواهیم ببینیم که شاخصهای سیستم تعلیق این خودرو از لحاظ عمر خستگی بهینه اند؟ و در غیر اینصورت سیستم تعلیق بهینه را بیابیم. یعنی در نهایت طراحی براساس عمر خستگی بیشینه می باشد. در این پایان نامه از تئوری های ‏‎morrow,stress life,fatemi-socie-kurath,smith-topper-watson‎‏ استفاده کردیم که اولی و سومی جز رهیافتهای ‏‎stress-based approach‎‏ و دومی و چهارمی جز رهیافتهای ‏‎strian-based approach‎‏ هستند. در پروژه کنونی بارهای ناشی از ورودی های اتفاقی جاده، به مدل کامل خودرو اعمال شده است.