سرامیک های مهندسی، سفتی و پایداری حرارتی بالایی دارند و دارای چگالی نسبی پایینی می باشند. اما، تردی مانع استفاده از آنها در ساختار مواد می شود. در این میان، آلومین به عنوان یک سرامیک مهندسی با وجود دارا بودن ویژگی های منحصر به فردی مثل سختی، مقاومت به سایش، مقاومت به خستگی و مقاومت به خوردگی بالا، چقرمگی پایینی دارد. با ترکیب و گنجاندن نانولوله های کربنی به مواد سرامیکی توقع بر این است که به کامپوزیت های سرامیکی پایدار حرارتی و چقرمه، با سفتی بالا برسیم. از دیگر روش های موثر در بهبود چقرمگی آلومین، استفاده از فاز ثانویه زیرکونیای هشت وجهی می باشد. در این تحقیق ابتدا پودر نیترات آلومینیم در اتانول حل شده، ذرات نانولوله کربنی به کمک عملیات فراصوت در آن پراکنده شده و با حرارت دادن محلول در دمای°c 400 بر روی نانولوله کربنی، پوشش اکسید آلومینیم ایجاد شد. در مرحله بعد، پودر حاصل با پودر های اکسید زیرکونیم پایدار شده و آلومین مخلوط شده، به کمک پرس تک محوری، نمونه های گرده شکل از آن تهیه شد. به منظور بررسی اثر اندازه آلومین در خواص مکانیکی نانوکامپوزیت سه تایی نانولوله کربنی-آلومین-زیرکونیا، به دو صورت ماکرو و نانو با درصد وزنی یکسان اضافه شد. نمونه های گرده شکل در دمای °c 1300 در کوره تحت اتمسفر گاز آرگون تف جوشی شدند. سپس چگالی نمونه ها به روش ارشمیدس اندازه گیری، میکرو سختی و چقرمگی نمونه ها به ترتیب به روش ویکرز و آنستیس اندازه گیری شد. استحکام با روش یک ساچمه روی سه ساچمه اندازه گیری و ریزساختار و فازهای موجود در قطعه به کمک میکروسکوپ الکترونی و آنالیز تفرق اشعه ایکس بررسی شد. نتیجه اینکه در دمای دمای °c 1300 در کوره تحت گاز آرگون، ساختار پودر پوشش داده شده کریستالی شد. از طرفی با افزودن نانوله کربنی با سه درصد وزنی به آلومین چقرمه شده با زیرکونیا، سختی افزایش اما چقرمگی شکست کاهش یافت. از طرفی افزودن نانو آلومین در مقایسه با آلومین ماکرو باعث افزایش بیشتری در استحکام، سختی و کاهش چگالی نانوکامپوزیت می شود.

ساچمه زنی یک عملیات سطحی معمول، جهت بهبود عمر خستگی قطعات فلزی مختلف است. این فرایند باعث ایجاد تنش پسماند فشاری نزدیک سطح قطعه شده که در جلوگیری از شروع ترک های سطحی و مقاومت در مقابل خوردگی تنشی بسیار مفید است. پین فرمینگ روشی است که از فرایند ساچمه زنی مشتق شده و کاربرد عمده ی آن در صنایع هوایی جهت تولید قطعات نازک بزرگ با انحناهای ملایم از جمله پنل ها و پوسته ی بال هواپیماها می باشد. این فرایند به دو دسته ی پین فرمینگ بدون پیش کرنش الاستیک (پین فرمینگ متداول) و پین فرمینگ با پیش کرنش الاستیک (استرس پین فرمینگ) قابل تقسیم است. در این پایان نامه، به مطالعه ی عددی و تجربی فرایندهای ساچمه زنی و پین فرمینگ با و بدون پیش کرنش الاستیک ورق های فلزی پرداخته شد. جهت انجام آزمایش های تجربی از ساچمه های فولادی با قطرهای 0.4mm و0.6mm و نوارهایی از جنس آلیاژهای آلومینیم al7075-t6و al6061-t6 استفاده شد. برای اعمال پیش کرنش الاستیک، قیدهایی با چهار شعاع پیش خمش متفاوت ?، mm 500، mm 375 و mm 250طراحی و ساخته شد. در بخش عددی با به کار بردن پارامترهای مشابه با آزمایش ها، ابتدا با استفاده از یک مدل سه بعدی با توزیع تصادفی ساچمه، به شبیه سازی فرایند ساچمه زنی پرداخته شد و در ادامه با استفاده از این مدل و در سه مرحله ، فرایندهای پین فرمینگ و استرس پین فرمینگ شبیه سازی شد. در مرحله ی اول، در یک تحلیل المان محدود ضمنی در نرم افزار آباکوس، ممان پیش خمش جهت ایجاد پیش کرنش الاستیک، به بلوکی آلومینیمی اعمال گردید. سپس در تحلیلی صریح، ضربات ساچمه ها روی بلوک آلومینیمی دارای پیش کرنش الاستیک، شبیه سازی و توزیع تنش ها درون بلوک به دست آمد. سرانجام در تحلیل ضمنی دیگر، با اعمال نیروهای کششی عکس العمل و ممان های خمشی عکس-العمل که از مرحله ی قبل به دست آمد، شکل دهی ورق آلومینیمی شبیه سازی شد. نتایج حاصل از شبیه سازی عددی و تجربی مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد به ازای پارامترهای پینینگ یکسان، استرس پین فرمینگ در مقایسه با پین فرمینگ متداول انحنای بزرگتری در ورق ایجاد می-کند. همچنین با افزایش ممان پیش خمش (کاهش شعاع پیش خمش)، انحنای ایجاد شده در ورق در جهت اعمال پیش خمش افزایش می یابد.

گوشواره ای شدن به تفاوت در ارتفاع دیواره ی فنجان شکل داده شده به روش کشش عمیق گفته می شود. عامل اصلی آن، تفاوت در خواص مکانیکی ماده در جهت های مختلف یا ناهمسانگردی است. پیش بینی دقیق این پدیده و حذف اثرهای نامطلوب آن نیازمند شبیه سازی دقیق رفتار ناهمسانگردی درون صفحه ای ورق های فلزی با استفاده از معیارهای تسلیم پیشرفته است. در این پایان نامه، از معیار تسلیم bbc2003 برای پیش بینی این رفتار در ورق های آلیاژ آلومینیوم aa3105، استفاده شده است. ابتدا، یک روش تجربی-عددی برای استخراج هشت ثابت معیار تسلیم bbc2003 با استفاده از داده های آزمون کشش ساده و کشش کرنش صفحه ای ارائه شده است. معادلات غیرخطی حاکم بر این ضرایب استخراج گردید و به روش شیب دارترین نزول حل شد. سپس، تابع تسلیم با ثوابت به دست آمده برای پیش بینی تنش تسلیم و ضرایب ناهمسانگردی به کار گرفته شد و دقت آن مورد بحث و بررسی قرار گرفت. در گام بعد، معیار تسلیم bbc2003 در تحلیل های المان محدود شکل دهی ورق فلزی در نرم افزار آباکوس به کار گرفته شد. برای این منظور، زیربرنامه ی vumat برای توصیف رفتار کشسان و مومسان ورق فلزی، توسعه یافت و راستی آزمایی شد. با به کارگیری این زیربرنامه، فرایند کشش فنجان شبیه سازی شد. نتایج تحلیل های المان محدود با نتایج تجربی به دست آمده از آزمون کشش فنجان برای این ماده مقایسه شد. شاخص های مورد استفاده در این مقایسه، ارتفاع دیواره ی فنجان و تغییرات ضخامت است. نتایج نشان می دهد، معیار bbc2003 با دقت خوبی فرایند گوشواره ای شدن را برای این آلیاژ، پیش بینی می کند.

در این پژوهش یک مدل چندمقیاسه ی جدید برای تعیین رفتار غیرخطی کامپوزیت پلیمر/نانولوله ی کربنی پیشنهاد می گردد. نانولوله ی کربنی در مقیاس اتمی و بر اساس مکانیک ساختاری مولکولی اصلاح شده، و با استفاده از المان های تیر سه بعدی با مقطع عمومی مدل شد. المان تیر با مقطع عمومی سبب تمیز یافتن سفتی های خمشی درون صفحه ای و برون صفحه ای می گردد، به طوری که در این حالت، هندسه ی مقطع تیر و تعریف ماده ی آن، ترکیب می گردند. پتانسیل بین اتمی مورس اصلاح شده به منظور تعریف برهم کنش های اتمی در نانولوله ها، استفاده گشت. تعدادی از نانولوله های آرمچیر همراه با نانولوله های زیگزاگ هم قطرشان، تحت بارگذاری های کششی، پیچشی و خمشی قرار گرفتند تا خواص مکانیکی آنها در این شرایط بارگذاری حاصل شوند. مدول یانگ و نسبت پواسون، مدول برشی، و مدول یانگ موثر در خمش نانولوله ها، به ترتیب از شرایط بارگذاری کششی، پیچشی، و خمشی، محاسبه شدند. نتایج به دست آمده با نتایج موجود در ادبیات موضوع مقایسه شدند، که توافق خوبی را نشان دادند. پلیمر به صورت محیطی پیوسته در نظر گرفته شد، و مدل اجزای محدود سه بعدی آن با استفاده از المان های توپر و با در نظر گرفتن رفتار الاستوپلاستیک آن، ایجاد گشت. با استفاده از مدل سازی چندمقیاسه، المان حجمی نماینده از طریق جایگذاری نانولوله درون مدل پلیمر ایجاد شد. برهم کنش میان نانولوله و پلیمر اطراف آن به صورت نیروهای وان دروالس، تعریف شده توسط رابطه ی لنارد-جونز، در نظر گرفته شد، که با استفاده از المان های رابط غیرخطی در اباکس مدل شدند. المان حجمی نماینده در شرایط بارگذاری کششی، پیچشی و خمشی قرار گرفت تا ویژگی های مکانیکی آن استخراج گردد. مدول یانگ، مدول برشی، و مدول یانگ موثر در خمش نانوکامپوزیت، به ترتیب در شرایط بارگذاری کششی، پیچشی، و خمشی، محاسبه شده و تغییرات آنها نسبت به جزءهای حجمی مختلف نانولوله بررسی شدند. منحنی های تنش-کرنش حاصل از بارگذاری های کششی، پیچشی، و خمشی ارائه شدند. نتایج به دست آمده، بر بهبود چشمگیر ویژگی های مکانیکی نانوکامپوزیت نسبت به پلیمر خالص، اشاره نمودند.