هدف اصلی در این تحقیق بهبود مدل تنش محور مود شکست پیچ خوردگی الیاف در مواد کامپوزیت تک جهته و ارائه مدل جدیدی بر مبنای کرنش است که بتواند استحکام فشاری و زاویه باند پیچ خوردگی ناشی از مود شکست پیچ خوردگی را پیش بینی نماید. در این راستا مدل دو بعدی و سه بعدی مود پیچ خوردگی الیاف که توسط پینهو بر مبنای اقدامات آرگون و داویلا ارائه شده است، به تفصیل تبیین می شود. مدل مذکور بر اساس ایده ای است که معتقد است مود پیچ خوردگی الیاف از مود میکروکمانش متمایز است و پدیده پیچ خوردگی در اثر شکست ماتریس ایجاد می شود. در این مدل با فرض معلوم بودن مقدار استحکام فشاری ماده و فرض این که شکست ماده در اثر بار محوری در ناحیه ماتریس رخ می دهد، میزان خارج از محوری الیاف در لحظه شکست با استفاده از معیار شکست ماتریس محاسبه می گردد و با بهره گیری از روابط متشکله تنش- کرنش برشی میزان خارج از محوری اولیه الیاف در ناحیه شکست خورده نیز مشخص می شود. میزان خارج از محوری اولیه الیاف به عنوان پارامتر مادی در مدل مذکور و در تحلیل نرم افزاری وارد می گردد. در این مدل پس از شروع آسیب، در هر مرحله از بارگذاری، متغیر آسیب که نقش اساسی در فرآیند پس از شروع آسیب دارد، محاسبه می شود و با استفاده از آن تنش ها در هر مرحله و در صفحه عمود بر راستای الیاف کاهش می یابند. جهت پیاده سازی مدل مذکور در نرم افزار یک زیربرنامه سه بعدی نوشته شده است که با استفاده از آن نتایج عددی مورد نظر بدست می آید. بررسی مدل مذکور و نتایج عددی حاصل از آن نشان می دهد که این مدل در پیش بینی استحکام فشاری و زاویه باند پیچ خوردگی ناشی از مود پیچ خوردگی قابلیت بهبود دارد. لذا در این تحقیق بر مبنای مدل مذکور و با استفاده از زوایای قابل بهبود آن، مدل جدیدی بر مبنای کرنش ارائه می شود. مدل مذکور در مواردی از جمله انتخاب صفحه کاهش تنش ها در اثر آسیب و نحوه محاسبه میزان زوایای الیاف با مدل تنش محور ارائه شده توسط پینهو متفاوت است. این مدل نیز با استفاده از متغیر آسیب و زیربرنامه سه بعدی تهیه شده در نرم افزار، پیاده سازی شده و نتایج عددی مورد نظر استخراج می گردد. جهت بررسی پدیده پیچ خوردگی نیز مجموعه آزمایش هایی بر روی کامپوزیت شیشه- اپوکسی طراحی شده است. نمونه ها بلوک های کوچکی با ابعاد متفاوت و زوایای خارج از محوری 0، 5، 10، 15 و 20 درجه هستند و با فیکسچری که طراحی و ساخته شده است، تحت فشار تک محوره قرار می گیرند. مشاهدات آزمایش نشان می دهد که در فرآیند شکست نمونه های صفر درجه تحت فشار محوری، مودهای مختلف شکست از جمله ورقه شدن، جدایش ماتریس، پیچ خوردگی و شکست الیاف ظاهر می شود. در این نمونه ها باند پیچ خوردگی هم در راستای ضخامت و هم در صفحه کامپوزیت تشکیل می گردد و شکست، فرآیندی آنی و همراه باصدای بلند می باشد. با افزایش زاویه خارج از محوری نمونه ها، مود پیچ خوردگی بر مودهای دیگر غالب می شود به گونه ای که در نمونه های 10، 15 و20 درجه تنها مود شکست پیچ خوردگی ظاهر می گردد و فرآیند شکست نیز کاملا آرام رخ می دهد. این مشاهدات تایید می کند که رفتار برشی ماتریس تاثیر عمده در شکل گیری باند پیچ خوردگی دارد. مقایسه نتایج آزمایش و نتایج تحلیل های عددی حاصل از دو مدل تنش محور و کرنش محور برای استحکام های فشاری و زوایای باند پیچ خوردگی نشان می دهد که هر دو مدل در پیش بینی میزان استحکام فشاری نمونه های صفر درجه ناتوان هستند که این امر می تواند ناشی از مشارکت مودهای مختلف در فرآیند شکست نمونه های مذکور باشد؛ ولی در عین حال توانایی قابل قبولی در پیش بینی استحکام های فشاری و زوایای باند پیچ خوردگی نمونه های 5، 10، 15 و 20 درجه دارند. با این حال به نظر می رسد مدل جدید ارائه شده در این تحقیق نسبت به مدل تنش محور برتری نسبی دارد؛ چراکه علاوه بر سادگی در پیاده سازی، مقادیر استحکام های فشاری و زوایای باند پیچ خوردگی پیش بینی شده توسط آن، به نتایج آزمایش نزدیک تر است و از نظر فیزیکی نیز با فرضیات اولیه نحوه تشکیل باند پیچ خوردگی سازگارتر است.

هدف از این پایان نامه بررسی و مدلسازی ایجاد و رشد ترک بین لایه ای در مواد مرکب چند لایه می باشد. بدین منظور یک ناحیه خرابی میان لایه های مواد مرکب تعریف می شود. با استفاده از تیوری مکانیک خرابی پیوسته، قانون متشکله بین لایه ای مناسبی برای تخصیص به ناحیه خرابی بسط داده می شود و با انجام فرض های متفاوت، سه مدل الاستیک-پلاستیک، الاستیک-خرابی و الاستیک-پلاستیک-خرابی برای بین لایه بدست می آید. در ادامه روش شناسایی هر کدام ازمدل ها بحث شده و تست هایی که امکان استفاده از نتایج آنها وجود دارد توضیح داده می شوند. به منظور توضیح بخش های توسعه کد محاسباتی، ابتدا المان بین لایه ای بکار گرفته ارایه شده و ماتریس سختی آن بدست می آید. از آنجایی که برخی از مسایلی که قرار است با این کد حل شوند دارای ابعاد و درجات آزادی زیادی می باشند و به منظور استفاده بهینه از حافظه و قدرت محاسبه رایانه، روش ستون های فعال و نحوه ذخیره سازی به کمک آن توضیح داده می شود. برای بررسی قوانین متشکله بدست آمده، بارگذاری مستقیمی روی المان بین لایه به صورت یک جهته و نیز چند جهت اعمال می شود. پس از بررسی هر کدام از مدل در بار گذاری و بار برداری، دو نمونه متفاوت تست dcb حل شده و نتایج آن با نتایج روش های عددی دیگر و نتایج تجربی موجود مقایسه می گردد که انطباق مناسبی بین آنها مشاهده می شود. در انتها برای اولین بار از المان بین لایه برای تعیین بار شکست نهایی تعدادی چند لایه متاثر از پدیده لبه های آزاد استفاده می گردد. این بین لایه ها به گونه ای انتخاب شده اند که تنش برشی در آنها غالب باشد. نتایج بدست آمده از این بخش دارای دقت مناسبی می باشند و نشان دهنده قابلیت این روش در پیش بینی بار نهایی شکست قطعاتی با مود خرابی غالب جدایش بین لایه ای است.

کامپوزیت ها از دیرباز در خدمت انسان ها بودند و به دو شکل طبیعی و مصنوعی استفاده می شدند. ولی از شصت سال پیش کامپوزیت بشکل یک علم توجه انسانها را به خود جلب کرد و بررسی دقیق شرایط و خواص بهتر آن عده ای از دانشمندان را به خود مشغول کرد. مطالعات و بررسی های اخیر نشان داده است که ترک های ماتریسی, ترک های بین لایه ای و جدایی لایه ها از مهمترین عوامل تخریب سازه های کامپوزیتی تحت بارهای کششی می باشند. ایجاد این نوع خرابی ها در مواد کامپوزیت در کاهش باربری و عملکرد سازه, تحلیل دقیق را از شرایط پیدایش و گسترش ترک های ماتریسی و میان لایه ای و بررسی رفتار سازه پس از ترک خوردگی ایجاب می کند.در این پروژه ابتدا به پیش بینی میدان های تنش و تغییر مکان و سپس ثوابت ترموالاستیکی پرداخته و به کمک آن تشکیل متوالی ترک در چندلایه در جریان بارگذاری پیش بینی می گردد. ترک ها در حالت کلی غیرهمشکل بوده و بطور گسسته ولی در هر لایه در یک جهت قرار گرفته اند و چندلایه ها نیز با تعداد لایه متفاوت در نظر گرفته شده است. از روش انرژی برای پیش بینی ایجاد ترک های لایه ای استفاده شده است. نتایج برای حالت چند لایه متعامد بطور کامل و معادلات دیفرانسیل حاکم به همراه فرمولاسیون مراحل کار برای چندلایه متقارن عام استخراج گردیده است. در این بررسی پیش بینی اثر ضخامت لایه و چیدمان لایه ها در مقاومت چندلایه انجام می شود و در نهایت نتایج بدست آمده برای چندلایه های متعامد با الیاف کربن و گلاس با نسبت لایه متفاوت ارایه خواهد شد.

در این پایان نامه اثر تنشهای پسماند حرارتی بر روی رشد ترک خستگی در صفحات آلومینیومی حاوی ترک که توسط وصله های کامپوزیتی بصورت نامتقارن ترمیم شده اند مورد مطالعه قرار گرفته است. یکی از روشهای رو به رشد افزایش عمر قطعات هواپیما ترمیم این قطعات توسط مواد کامپوزیتی می باشد که هر چند این روش دارای مزایای بسیاری می باشد دارای عیوبی نیز می باشد که از آن جمله می توان به ایجاد تنشهای پسماند حرارتی در مرحله پخت وصله اشاره نمود. این تنش ناشی از اختلاف ضریب انبساط حرارتی بین ترمیم کامپوزیتی و صفحه آلومینیومی ترمیم شده می باشد. این تنشهای پسماند اولیه باعث تغییر حوزه تنش در مرحله سرویس شده که نهایتا به کاهش کارایی ترمیم منجر می شود. ترک ایجاد شده واقع در مرکز صفحه بوده و نسبت به راستای بارگذاری دارای زایه صفر درجه می باشد. بررسی در دو فاز تجربی و عددی انجام گرفته است. در فاز تجربی نمونه های با ضخامت 29/2 میلیمتری و با الیاف ترمیم گرافیت و شیشه در دماهای پخت مختلف مورد توجه قرار گرفته اند که نهایتا نتایج بدست آمده از این تستها با نتایج حل عددی مقایسه شده اند. تحلیلهای سه بعدی انجام گرفته با استفاده از روش المانهای محدود و کد کامپیوتری توسعه داده شده با استفاده از زبان پارامتریک نرم افزار ansys صورت پذیرفته است. پارامترهای مکانیک شکست که جهت مطالعه رشد ترک مورد استفاده قرار گرفته اند. شامل نرخ رهایی انرژی کرنشی، g، و ضریب شدت تنش، k1 می باشند ک با استفاده از روش بهبود یافته مجازی بسته شدن نوک ترک در راستای ضخامت صفحات محاسبه می شوند. نتایج بدست آمده از رشد ترک در صفحات ترمیم شده شامل میزان عمر خستگی رشد ترک در صفحه ترمیم شده، انحنای لبه نوک ترک در راستای ضخامت می باشند. نتایج برای صفحات نازک و ضخیم که توسط وصله کامپوزیتی و در سیکل پختهای متفاوت ترمیم شده اند مورد ارزیابی قرار گرفته و با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است. نتایج حاصله نشان می دهد که عمر خستگی رشد ترک حاصل از تحلیلهای fem و تجربی در صفحات نازک تطابق خوبی با یکدیگر دارند. همچنین نشان داده می شود که شکل نوک ترک با در نظر گرفتن تنشهای پسماند حرارتی مطابقت بهتری با نتایج آزمایشگاهی دارد.

پایان نامه شامل مقدمه، مروری بر مطالعات گذشته، مروری بر کارهای انجام گرفته با شیوه مایکرومکانیکی، مروری بر مطالعات در حوزه مکانیک خرابی، تیوری کوپل خرابی- پلاستیسیته محلی، ترمودینامیک و مکانیک خرابی پیوسته، مدل پیشنهادی باربرو، الگوریتم انتگرال گیری عددی از معادله متشکله، تیوری صفحات لایر-وایز در روش اجزاء محدود، تیوری لایر-وایز کامل، محاسبه تنش بین لایه ای، مدلسازی جدایی بین لایه ای در تیوری لایر-وایز نوع اول، تحلیل خطی استاتیکی، تحلیل خطی استاتیکی، صحه گذاری عددی استاتیک خطی، نتایج تحلیل خرابی چندلایه های کامپوزیتی تحت بار محوری، تحلیل مکانیزمهای خرابی در چند لایه ها، پیشنهاد سطوح پلاستیسیته و خرابی چندگانه با مشخصه سازی جدید مواد، اعمال المان بین لایه ای در تیوری لایر-وایز حاوی خرابی - پلاستیسیته، المانهای بین لایه ای دوخطی، تحلیل جدایی بین لایه ای در چندلایه ها با حضور المان بین لایه ای و در آخر نتیجه گیری و پیشنهادات

چکیده : میکروساختار فولادهای دو فازی فریتی–مارتنزیتی از زمینه فریتی (فاز نرم) به همراه ذرات سخت مارتنزیت که در این زمینه پخش شده اند، تشکیل شده است. مقاومت بالا، نرخ کارسختی بالا و شکل پذیری از خواص مطلوب این فولادها می باشد. استفاده از این فولاد ها در صنعت خودروسازی به منطور بالا بردن امنیت سرنشینان خودرو و کاهش مصرف سوخت می باشد. در این تحقیق هر دو روش تجربی و عددی جهت بررسی مکانیزم شکست در فولاد دوفازی 600 به کار گرفته شده است. تست کشش در سه مرحله مختلف به منظور عکسبرداری از مکانیزم ایجاد و رشد حفره در فرایند شکست طراحی شده است. شبیه سازی عددی انجام شده به روش المان محدود از میکرو ساختار واقعی ماده، قادر به پیش بینی محل های ایجاد حفره و رشد آنها می باشد. همچنین توزیع تنش و کرنش پلاستیک بدست آمده از شبیه سازی عددی بر روی مدل واقعی میکروساختار فولاد دوفازی گزارش شده است. تغییر شکل های موضعی که باعث تغییر شکل فازها در ماده می شود، احتمالا منبع اصلی گسیختگی در مراحل نهایی شکست می باشد. در تصاویر تهیه شده از میکروسکوپ الکترونیکی از ماده پس از شکست، تعدادی حفره قابل مشاهده است که می توانند به نتایج حاصل از شبیه سازی عددی اعتبار بخشند. کلمات کلیدی : فولاد دوفازی – میکروساختار– تست کشش– شکست –المان محدود.

در این پایان نامه روشی برای پیش بینی آغاز و رشد ترک در یک ورق چند لایه کامپوزیتی به فرم [0m/90n]s که یک بار محوری در راستای فیبر های لایه صفر درجه به آن وارد می شود، مورد مطالعه قرار می گیرد. مطالعات آزمایشگاهی نشان داده است که وقتی بار وارده به مقدار خاصی می رسد اولین آسیب به صورت ترکی که صفحه آن عمود بر غشاء میانی ورق است، در ماتریس، به موازات فیبرها، در لایه میانی (لایه نود درجه) بوجود می آید. وقتی که تعداد ترک های عرضی به حد خاصی رسید، دو حالت ممکن است پیش بیاید. حالت اول بوجود آمدن ترکهای طولی و حالت دوم جدایی لایه هاست. ترک طولی درست مانند ترک عرضی است که در لایه نود درجه، عمود بر غشاء میانی و به موازات فیبرها بوجود می آید.حالت دوم که جدایی لایه هاست می تواند به صورت جدایی لایه صفر درجه از لایه نود درجه، در فصل مشترک این دو لایه، در محل برخورد ترک عرضی با لبه های ورق و یا در محل برخورد یک ترک عرضی با یک ترک طولی بوجود آید. کل کامپوزیت آسیب دیده را می توان به صورت بلوکهایی تصور کرد که بین دو ترک طولی و عرضی متوالی قرار دارند و در کنار یکدیگر چیده شده اند. با استفاده از یک میدان تنش فرضی قابل قبول که در شرایط مرزی صدق می کند انرژی پتانسیل را بدست آورده، از روش حساب تغییرات میدان تنشی که انرژی پتانسیل را می نیمم می کند بدست می آید. متعاقباً نرخ آزاد سازی انرژی کرنشی را بدست آورده و از این فاکتور برای پیش بینی آغاز و بررسی انتشار آسیب استفاده می شود.همچنین از انرژی پتانسیل بدست آمده، کاهش سختی و تغییرات ضریب پواسون موثر در اثر انتشار ترک بررسی می شود. در پایان با استفاده از فرمول های بدست آمده آغاز بوجود آمدن آسیب در هر ورقه کامپوزیتی، یعنی بوجود آمدن اولین ترک عرضی قابل پیش بینی است. همچنین سختی ورقه و ضریب پواسون موثر آن در دانسیته ترک های مختلف قابل محاسبه است.

در طول دو دهه اخیر اتوماتیک کردن کارخانجات و خطوط تولید، همچنین حذف عامل انسان بدلیل مشکلات ویژه یا عمومی که ایجاد می شود مورد توجه طراحان خطوط مختلف تولید بوده است . از طرفی نقص عضوهائی در اعضاء بدن انسان شبیه از دست دادن دست و یا پا تفکری ایجاد نمود که بخشی از جامعه علمی به جایگزین کردن یک ساخته مصنوعی که حتی الامکان انعطاف پذیریهای دست و یا پای انسان را داشته باشد بپردازد . در این راستا کشورهای صنعتی غرب و بویژه در آسیا کشور ژاپن فعالیت و پیشرفت قابل توجهی داشته اند. اما در کشورما هنوز بصورت جدی به این کار پرداخته نشده است و حتی ابتدائی ترین اطلاعات در این زمینه در کتابخانه های معتبر و دانشگاهها بندرت یافت می شود. به همین دلیل پرداختن به این موضوع در چنین سطحی لازم به نظر می رسید تا در گام اول اطلاعات و مراجعی در این رابطه کسب شود و ثانیا" یک نمونه قابل ارائه و طراحی، در حد یک پایان نامه کارشناسی ارشد بطور کامل طراحی شود. در این رساله بصورت گام به گام به طراحی یک رباط جهت کار در یک محدوده عملکرد مکعب مستطیل که حین حرکت جهت و راستای جسم تغییر نکند همچنین دارای گریپ و حرکت غلتشی (roll) در مچ باشد، پرداخته می شود. قدمهای کار بطور خلاصه عبارتند از : طراحی بهترین و ساده ترین مکانیزم، طراحی اجزاء با نیروهای استاتیک ، تحلیل دینامیک ، چک ضرایب اطمینان با اضافه کردن نیروهای دینامیک و محاسبه انحراف ناشی از بارگذاری، انتخاب عمل کننده ها و طراحی مدار قدرت ، محاسبه توابع تبدیل و تحلیل سرعت و شتاب در هر مسیر، ارتعاشات ساختمان و محاسبه انحراف ماکزیمم انتهای رباط و در پایان طراحی پروسسور به همراه تابلو کنترل می باشد.