دراین پایان نامه هدف بررسی تنش و کرنش صفحات اتصال دو برشه (دولبه) و محاسبه درصد نیروی انتقالی در اتصالات دو برشه با پیچ، از طریق نیروی اصطکاک با استفاده از روش المان محدود می باشدکه از نتایج fem برای پیش بینی محل ایجاد ترک و پدیده خستگی استفاده شده است. جهت تصدیق و درستی نتایج عددی، تست های خستگی بر روی صفحات اتصالی انجام شده است. به منظور بررسی توزیع تنش وکرنش ناشی از نیروی پیش بار دراطراف سوراخ قطعات اتصالی بوسیله پیچ ومهره و چگونگی تأثیر آن بر رفتار خستگی اجزای اتصال، نمونه ای ساده شده از یک اتصال پیچ ومهره ای دولبه مورد استفاده قرار گرفته است. این نمونه اتصال، از جنس آلیاژ آلومینیوم 2024-t3 است که با یک پیچ ومهره شش گوش m6 فولادی بسته شده و تحت اعمال بارهای سیکلی قرار می گیرد. ابتدا ارتباط بین گشتاور پیچشی اعمالی به مهره و نیروی پیش بار با استفاده از کرنش های فشاری محوری ایجاد شده در یک بوش فولادی که بین مهره و ورق قرارگرفته، بدست آمده است. سپس با اعمال سه مقدار گشتاور مختلف، پیچ ومهره درسوراخ نمونه ها محکم شده است. جهت دستیابی به منحنی های تنـش عمر برای هر سه وضعیت نمونه ها، تست خستگی با اعمال بارهای سیکلی با نیروهای ماکزیمم متفاوت و نیروی مینیمم صفر انجام شده است. همچنین جهت بررسی اثر ضریب اصطکاک در بین ورق های اتصال یک سری تست های خستگی با روغن کاری بین ورق های اتصال انجام گرفته است. درادامه با انجام آزمایش های عملی، اثر گریس کاری رزوه ها بر مقدار نیروی پیش بار، و ایجاد تغییر در میزان این نیرو در اثر بارگذاری محوری (بطور استاتیکی) بر اتصال بررسی شده است. جهت تحلیل عددی مسأله و اطلاع از نحوه توزیع تنش وکرنش دراطراف سوراخ، از روش المان محدود به کمک مدل سازی نمونه درنرم افزار ansys استفاده شده است. مرحله اول حل عددی به ازای اعمال سه مقدار نیروی پیش بار متناظر با سه مقدار گشتاور انتخابی، انجام شده و توزیع تنش وکرنش ناشی ازآن ها دراطراف سوراخ ورق بدست آمده است. بررسی نتایج حاصل نشان از ایجاد تنش های فشاری محوری درلبه بحرانی سوراخ بویژه درلبه های آزاد ورق دارد. مرحله دوم حل عددی با اعمال مقدار تنش ماکزیمم بارهای سیکلی بر ورق (بطور استاتیکی) آغاز می گردد. پس از اتمام حل مرحله دوم، علاوه بر رسم نمودارهای توزیع تنش و... دراطراف سوراخ و مقایسه آنها با یکدیگر، رفتار خستگی ورق درحالت های مختلف به کمک نحوه توزیع و مقدار تنش محوری موثر در ایجاد وگسترش ترک های خستگی دراطراف سوراخ بررسی شده است. نتایج مربوط به هر دو روش عملی و fem از تطابق خوبی برخوردارند و با بررسی و مقایسه این نتایج مشاهده می شود که درحالت کلی افزایش نیروی پیش بار باعث افزایش عمر خستگی اتصال می شود. بطوریکه اثر افزاینده آن در بارگذاری های سیکلی با تنش های ماکزیمم کمتر چشمگیرتر است. همچنین در نمونه های با نیروی clamping بیشتر به دلیل ایجاد تنش فشاری محوری با شدت بالاتر و در نتیجه آن کاهش تمرکز تنـش نهایی درلبه های آزاد ورق، ترک های اولیـه درلبه میانی ورق رویت می شوند.

فرآیند ماشینکاری تخلی? الکتریکی به عنوان یک فرآیند ماشینکاری قابل استفاده در مواد رسانا، که امکان ماشینکاری آنها از طریق فرآیندهای ماشینکاری سنتی امکان پذیر نبوده و یا با مشکلات بسیاری همراه است، شناخته شده است. منبع انرژی در فرآیند ماشینکاری تخلی? اکتریکی، منبع الکترو – گرمایی است. بطور خلاصه می توان چنین بیان کرد که فرآیند ماشینکاری تخلی? الکتریکی، یک فرآیند حرارتی است که انرژی حرارتی از طریق تخلی? الکتریکی در کانال کوچکی به نام کانال پلاسما تولید می گردد. در انتهای تخلیه و با از بین رفتن کانال پلاسما، بخشی از محتویات چال? مذاب تشکیل شده در سطح قطعه کار بیرون جهیده و بخشی از آن دوباره منجمد شده و سبب تشکیل لای? دوباره منجمد شده در سطح کار می گردد. علاوه بر این، تولید حرارت بسیار بالا در اثر تمرکز انرژی حرارتی شدید در طول مدت زمان تخلی? انرژی الکتریکی باعث ایجاد ناحی? متأثر از حرارت در زیر لای? دوباره منجمد شده در سطح قطعه کار می گردد. با توجه به اهمیت سلامتی سطح در قطعات تولید شده به روش edm، مطالع? ناحی? متأثر از حرارت (haz) در سطوح ماشینکاری شده از نظر عمق، ضخامت و ساختار این لایه، ضروری می باشد. تلاش های بسیاری در جهت مدل سازی فرآیند edm برای پیش بینی پروفیل و حجم چال? مذاب تشکیل شده، نرخ برداشت ماده(mrr) و سایش ابزار (twr) صورت گرفته است، اما مدلی که بتواند سلامت سطح را پیش بینی کند بسیار نادر است. مطالعاتی که در زمین? بررسی سلامتی سطح قطعات ماشینکاری شده در فرآیند edm انجام شده اند، بر اساس بررسی های متالوژیکی به وسیل? متالوگرافی نوری، میکروسکوپ الکترونی و انکسار اشع? ایکس می باشند [1]. در مطالع? حاضر تأثیر پارامترهای ورودی فرآیند edm (زمان روشنی پالس و شدت جریان جرقه) بر روی نحو? توزیع حرارت در ناحی? haz در قطعه کار فولادی aisi h13، با بهره گیری از نرم افزار المان محدود abaqus مورد مطالعه قرار گرفته و نتایج حاصل از آن جهت پیش بینی پارامترهای خروجی فرآیند edm (زبری سطح ماکزیمم، ضخامت لای? دوباره منجمد شده و عمق ناحی? متأثر از حرارت) بکار رفته است. برای ارزیابی صحت مقادیر حاصل از مدل سازی عددی، آزمایشهای تجربی و تست های متالوگرافی صورت پذیرفته است. نتایج ارزیابی مدل نشان دهند? قابلیت بالای آن در پیش بینی ضخامت لای? سفید و عمق لای? متأثر از حرارت می باشد.

در این پایان نامه به منظور کاهش حجم محاسبات در تحلیل الاستو پلاستیک مواد از الگوریتم بازگشت شعاعی استفاده شده است. برای این کار یک کد اجزا محدود با استفاده از روش برنامه نویسی شی گرا ایجاد شده است. این برنامه در زبان #c نوشته شده است. برنامه نویسی شی گرا انعطاف پذیری، توسعه پذیری و دوباره استفاده کردن از برنامه را افزایش می دهد. این قابلیت ها به برنامه نویس اجازه می دهد کد را سریع تر و قابل فهم تر ایجاد کند. با استفاده از نرم افزار نوشته شده در این پایان نامه به مدل سازی عددی برخی از روش های افزایش عمر موسوم به کار سرد پرداخته شده است. ابتدا با استفاده از دو نوع مدل دو بعدی کرنش صفحه ای و متقارن محوری، محاسبه تنش های پسماند ناشی از پروسه اتوفرتاژ استوانه های جدار ضخیم تحت فشار محاسبه شده است. نتایج عددی حاصل برای تنش های پسماند مماسی، شعاعی و محوری با نتایج تحلیلی موجود در ادبیات فن مقایسه شده است. مطابقت قابل قبولی بین نتایج مشاهده شده است. اگر چه مدل کرنش صفحه ای قادر است تنش های پسماند مماسی را دقیق تر از مدل متقارن محوری مدل می کند. این در مورد تنش های شعاعی و محوری صادق نیست و هر دو مدل دارای خطای یکسانی هستند. سپس با استفاده از یک مدل دو بعدی به شبیه سازی توزیع تنش های پسماند ناشی از پروسه انبساط سرد در یک صفحه سوراخدار 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 چهار مدل سخت شوندگی سینماتیک غیرخطی چابوکه، اوهنو- وانگ، باری- حسن و چن- جیائو استفاده شده اند. مقایسه نتایج حاصل با نتایج تجربی نشان می دهد که مدل چن- جیائو تنش های پسماند را در نزدیکی سوراخ بهتر پیش بینی می کند در حالیکه مدل های چابوکه و باری- حسن، قادر به محاسبه تنش های پسماند در محدوده تنش های کششی هستند. علاوه بر آن نرخ آزاد شدن تنش های پسماند در سیکل های اولیه بالاست و سپس در سیکل های بعدی کاهش می یابد.

با توجه به کاربرد گسترده مواد کامپوزیتی در صنایع هوایی از جمله در پره ها، باله ها و سکان ها و اینکه این قطعات عموماً دارای اشکال خمیده می باشند، در این پایان نامه جدایش لایه ها در مد اول و دوم شکست تحت بارگذاری استاتیکی مورد بررسی قرار گرفته است. هدف این پاین نامه مدلسازی یک نمونه کامپوزیتی خمیده و ارایه یک مدل عددی برای برآورد آهنگ رهایش انرژی تحت بارگذاری استاتیکی می باشد. بدین منظور پس از مدلسازی قطعه با استفاده از نرم افزار ansys انرژی انتشار ترک با استفاده از روشهای مختلف به دست آمده است. برای شبیه سازی نوک ترک از دو هندسه متفاوت استفاده شده و این دو روش با یکدیگر مقایسه شده اند. در مد دوم شکست، تیر در دو حالت تقعر رو به بالا و تقعر رو به پایین تحت بارگذاری قرار گرفته و نتایج حاصل با یکدیگر مقایسه شده اند. کلیه مدلسازی ها هم در حالت دو بعدی و هم در حالت سه بعدی انجام گرفته اند. نتایج به دست آمده نشانگر این مطلب می باشند که مدلسازی های دو بعدی از دقت لازم برای پیش بینی نرخ رهایش انرژی برخودار نیستند لذا برای پیش بینی نرخ رهایش انرژی کرنشی مدلسازی سه بعدی پیشنهاد می شود. هندسه نوع اول در شبیه سازی نوک ترک در مقایسه با هندسه نوع دوم از دقت کمتری برخوردار است. نحوه بارگذاری در مد دوم شکست (تقعر رو به بالا یا تقعر رو به پایین) تاثیر چندانی بر نتایج به دست آمده ندارد.

در این پایان نامه برای شبیه سازی رفتار مواد تحت تغییر شکل های بزرگ همراه با ورود ماده به محیط پلاستیک مدل جدیدی که در سال های اخیر معرفی شده تحت عنوان مدل هایپرالاستیک-پلاستیک همراه با مدل قدیمی تری با عنوان مدل هایپو الاستیک-پلاستیک مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته و با استفاده از روش المان محدود، در زبان فرترن به صورت برنامه در آمده است. یکی از حالت های متداول در صنعت شکل دهی فلزات، ایجاد تغییر شکلهای بزرگ همراه با ورود ماده به محیط پلاستیک است. در کد هایی که برای شبیه سازی رفتار مواد برای حالت تغییر شکل ها و کرنش های بزرگ در نرم افزار های المان محدود نوشته شده، رفتار ماده هایپو الاستیک-پلاستیک در نظر گرفته شده که این رفتار حتی در ناحیه الاستیک هم کرنش باقی مانده به جا می گذارد. جهت رفع این مشکل، از مدل هایپر الاستیک-پلاستیک استفاده شده که این مدل هنوز در نرم افزارهای المان محدود مانند ansys ارائه نشده است. اساس تشکیل معادلات در قسمت الاستیک بر پایه استفاده از تنش دوم پیولا-کریشهف و کرنش گرین است. این تنش و کرنش مزدوج هم بوده و کرنش گرین چرخش را در خود حذف می کند. سپس با تولید تابع انرژی کرنشی مرتبط با مدل خاصی از مدل های ارائه شده برای مواد هایپرالاستیک به نام مدل ogden، تنش و کرنش با مشتق گیری از این تابع به دست می آید. در قسمت پلاستیک، اساس تشکیل معادلات بر متد جدیدی استوار است که در آن با معرفی حالت تغییر شکل مجازی میانی، گرادیان تغییر شکل به صورت حاصل ضرب دو قسمت الاستیک و پلاستیک تفکیک شده و معادلات اساسی پلاستیسیته، بر اساس قسمت پلاستیک آن بازنویسی می شود. برای مواد نزدیک به تراکم نا پذیر نیز گرادیان تغییر شکل به صورت جدیدی باز نویسی شده که روش f-bar نام دارد. استفاده از این متد خاص به شدت حجم محاسبات را پایین می آورد، چرا که بر روی المان هایی از درجه پایین اعمال می شود و برای دستیابی به یک دقت خاص در آنالیز المان محدود تحت شرایط نزدیک به تراکم ناپذیری و تغییر شکل های بزرگ، نیاز به استفاده از المان از درجه بالا را از بین می برد. در انتها یک نمونه مطالعاتی به صورت تیر یک سر گیر دار از جنس مس انتخاب شده و تحت بارگذاری خمشی قرار می گیرد. مقایسه نتایج عددی با نتایج تجربی نشان می دهد که حالت تغییر شکل نهایی و مقدار کرنش های به دست آماده از مدل هایپر الاستیک-پلاستیک با واقعیت تطابق بسیار خوبی دارد. این واقعیت بیانگر قابلیت و دقت بالای این مدل برای شبیه سازی رفتار فلزت تحت شرایط تغییر شکل و کرنش های بزرگ می باشد.

در این پایان نامه به منظور تحلیل رفتار تغییرشکلهای بزرگ مواد، یک مدل ساختاری با استفاده از تابع تسلیم اعوجاجی و مفهوم تانسور نرخ چرخش پلاستیک ارائه شده است. در این مدل پارامترهای مربوط به سخت شوندگی های همسانگرد، سینماتیک و اعوجاجی در تابع تسلیم لحاظ شده اند و سپس با کاربرد قانون جریان وابسته بر روی تابع تسلیم، رابطهی ماکروسکوپیک مربوط به تانسور نرخ چرخش پلاستیک اصلاح شده است. همچنین از رابطهی نمایی قانون سخت شوندگی همسانگرد و معادله ی غیرخطی آرمسترانگ- فردریک برای سخت شوندگی سینماتیک، در مدل سازی استفاده شده است. لازم به ذکر است که به منظور رعایت شرط عینیت (شرط استقلال رفتار ماده از انتخاب سیستم مختصات) از مفهوم نرخ های همگرد به جای نرخ مادی در مدل سازی استفاده شده است. در ادامه مولفه های تانسور سخت شوندگی اعوجاجی بدست آمده و با کاربرد رابطه مربوط به تانسور نرخ چرخش پلاستیک، از نرخ همگرد با چرخش زیر ساختارهای ماده برای تعیین تانسورهای تنش کوشی و زمینه در فرآیند تغییرشکل های بزرگ استفاده شده است. به منظور مقایسه نرخ های همگرد مختلف، معادلات مدل به طور مجزا برای نرخ های همگرد جاومن، گرین-نقدی، اویلری و لگاریتمی نیز مورد بررسی قرار گرفته است. در نهایت مدل ارائه شده در دو مسأله پیچش میله استوانه ای با دو انتهای ثابت و دو انتهای آزاد مورد حل قرار گرفته و نتایج حاصله با داده های آزمایشگاهی موجود در ادبیات فن مقایسه شده است. همچنین برای بررسی بیشتر صحت مدل سازی، به پیش بینی پدیده اثر محوری (تغییرات نیروی محوری در پیچش انتها ثابت یا پیشرفت کرنش محوری در پیچش انتها آزاد) پرداخته شده است.

در این پایاننامه جدایش لایه ها تحت مود سوم شکست با استفاده از روش mscb تحلیل شده است. نمونه های مرکب استفاده شده برای این کار، از فیبر شیشه e و رزین اپوکسیml506 ساخته شده است. تحلیل های آزمایشگاهی برای چهار طول ترک مختلف انجام شده است. داده های آزمایش با دو روش کالیبراسیون سستی و تئوری تیرها تحلیل می شوند و مقایسه ای بین این دو روش صورت گرفته است. تحلیل های المان محدود با استفاده از نرم افزار ansys صورت گرفته است و برای محاسبه توزیع آهنگ رهایی انرژی در جبهه ی ترک از روش بستن مجازی ترک (vcct) استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که انرژی آزاد شده تحت مود iii در مرکز ترک بیشینه و در لبه ها کمترین مقدار خود را داراست. در این تحلیل، همچنین توزیع مولفه های مود ii نیز مشخص شده است. با استفاده از این روش بیش از 98% از کل انرژی آزاد شده متعلق به مود iii می باشد. با در نظر گرفتن تقارن در نمونه، یک رابطه تحلیلی برای محاسبه ی انرژی آزاد شده بیان شده است. سستی در نمونه با استفاده از هر سه روش بیان شده است. درصد حجمی فیبر ماده ی استفاده شده 30% می باشد بنابراین نتایج به دست آمده برای چقرمگی شکست با نتایج دیگران مقایسه شده و تأثیر درصد حجمی بر چقرمگی شکست بررسی گردیده است. یکی از اهداف این رساله افزایش راندمان روش mscb برای محاسبه ی سستی و آهنگ رهایی انرژی و کاربرد آن برای ثبت داده های آزمایشگاهی است.

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.

دراین پایان نامه هدف بررسی تغییر ضریب اصطکاک در پدیده ی خستگی مالشی و استفاده از نتایج حاصل برای تحلیل المان محدود در اتصالات دو لبه ی برشی می باشد. جهت بررسی اثر تغییر ضریب اصطکاک از تست استاندارد موجود در این زمینه استفاده می شود. جنس پد ونمونه ی تحت بارگذاری خستگی آلومینیوم 2024-t3 می باشد. برای انتقال نیروی عمودی به پد آلومینیومی از یک پیچ شش گوش m6 استفاده شده است که در یک قاب قرار دارد. در زیر پیچ از یک ساچمه ی فولادی استفاده شده است تا انتقال بار عمودی بصورت کاملاً نقطه ای انجام گیرد. برای اینکه از اثرات ناشی از خمش در هنگام سفت کردن پیچ روی پد آلومینیومی جلوگیری شود، از یک پد فولادی که انتقال دهنده ی نیروی عمودی ناشی از بستن پیچ به پد آلومینیومی است استفاده می-شود که بین ساچمه ی زیر پیچ و پد آلومینیومی قرار می گیرد. ابتدا ارتباط بین گشتاور اعمالی به پیچ و نیروی پیش بار با استفاده از کرنش های کششی ایجاد شده در قاب بدست آمده است. سپس تحت سه گشتاور پیچشی مختلف، انتقال بار عمودی صورت گرفته است. سپس برای هر گشتاور پیچشی، تست خستگی با اعمال بارهای سیکلی با نیروهای ماکزیمم متفاوت و نیروی مینیمم صفر انجام شده است. جهت تحلیل عددی مسأله و اطلاع از اثر تغییر ضریب اصطکاک در نحوه ی توزیع تنش و کرنش در اتصال دو لبه ی برشی از روش المان محدود به کمک مدلسازی نمونه در نرم افزار ansys استفاده شده است. مرحله ی اول حل عددی به ازای اعمال سه مقدار نیروی پیش بار متناظر با سه مقدار گشتاور انتخابی می باشد. مرحله ی دوم حل عددی با اعمال مقدار تنش ماکزیمم بارهای سیکلی بر ورق (بطور استاتیکی) آغاز می گردد و مرحله ی سوم، باربرداری (بطور استاتیکی) می باشد. نتایج مربوط به هر دو روش عملی و المان محدود از تطابق خوبی برخوردارند و با بررسی و مقایسه-ی نتایج مشاهده می شود که با افزایش ضریب اصطکاک، ناحیه ی تماس تغییر کرده و سبب آسیب بیشتر در سطح می گردد. همچنین تغییر ضریب اصطکاک سبب اصلاح دامنه ی تنش شده و باعث تغییر مکان شکل گیری و گسترش ترک می شود. همچنین تغییر ضریب اصطکاک سبب می شود که نتایج حاصل از شبیه سازی در مورد مکان هایی که سایش رخ داده اند، انطباق قابل ملاحظه ای با نتایج آزمایشگاهی داشته باشند.

تداخل و نیروی پیش بار توسط اعمال گشتاور اتصال پیچ و مهره جزو روشهای بهبود عمر خستگی اتصالات می باشند. این روشها هر یک به صورت مجزا موضوع مطالعه محققان متعددی بوده اند و نتایج مختلف و مفیدی گزارش شده است. از طرفی اتصالات high-tigue کاربردی در صنایع هوافضا قابلیت اعمال توام تداخل با نیروی پیش بار را دارند ولی مطالعات منسجم و کاملی در مورد تاثیر هم زمان این دو عامل انجام نشده است. در این پایان نامه اثرات توام تداخل و پیش بار بر روی استحکام خستگی اتصالات دو لبه پیچ و مهره مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور هم از روش تجربی و هم روش عددی استفاده شده است. نمونه مورد مطالعه اتصال دو لبه برشی ساخته شده از جنس آلیاژ آلومینیم 2024-t3 است که توسط یک اتصال پیچ و مهره دارای قابلیت اعمال تداخل به هم متصل شده اند. در روش تجربی با بدست آوردن ارتباط بین گشتاور اعمالی و نیروی پیش بار ایجاد شده در اتصال، نمونه های مختلف (با دو درصد مختلف تداخل و دو گشتاور مونتاژ) تحت بارگذاری خستگی با دامنه های مختلف قرار گرفته و تست ها تا مرحله گسیختگی نهایی ادامه پیدا کرده است. سپس مقاطع شکست و سطوح سایش مورد مطالعه قرار گرفته اند. نتایج بدست آمده از تست های تجربی نشان می دهند که افزایش مقدار درصد تداخل لزوما به افزایش عمر خستگی نمی انجامد. نتایج نشان داده اند که تاثیر توام این دو روش، علاوه بر مقدار درصد تداخل و گشتاور مونتاژ به دامنه بار اعمالی نیز وابسته می باشد. بررسی سطوح سایش و مقاطع شکست نشان می دهد که با تغییر دامنه بار اعمالی، محل ایجاد و شروع ترک تغییر کرده و حتی در مواردی مکانیزم تسلیم قطعه نیز تغییر می کند به نحوی که در دامنه بار پایین ترک از محلی دور از سوراخ و در اثر سایش سطوح تماسی شروع می شود که نشانه های بارز تغییر نوع گسیختگی از خستگی ساده به خستگی سایشی است. در مرحله شبیه سازی عددی به کمک نرم افزار المان محدود ansys تمامی مراحل تست های عملی یعنی عملیات تداخل، اعمال گشتاور و بارگذاری سیکلی شبیه سازی شده و توزیع تنش و کرنش در نقاط حساس اتصال استخراج شده است. مقایسه توزیع تنش محوری برای انواع مختلف نمونه ها در اطراف سوراخ تایید کننده نتایج تست خستگی و تاثیر تکنیک های بکار رفته بر عمر خستگی اتصال می باشد. همچنین بررسی های بیشتر توسط پارامترهای خستگی سایشی نشان دهنده محل وقوع سایش در قطعات تحت دامنه بار پایین می باشد. در مرحله عددی هم چنین سعی شده است تا به کمک معیارهای متفاوت خستگی چند محوری عمر خستگی قطعات تخمین زده شده و معیار مناسب مشخص شود. سپس در ادامه عمر رشد ترک توسط نرم افزار afgrow محاسبه شده که نتایج نشان می دهند که برای نمونه های تحت بار با دامنه پایین نسبت عمر رشد ترک به کل عمر خستگی کم می باشد در حالیکه برای قطعات تحت بار با دامنه بالا عمر رشد ترک تا نصف کل عمر خستگی افزایش می یابد.

در یک اتصال پیچ و مهره که توسط عملیات انبساط سرد تقویت شده و سپس با گشتاور سفت کننده معین بسته شده است، اثر هر دو روش افزایش عمر (انبساط سرد و پیش بار) به صورت هم زمان دیده می شود. اثر این دو روش به صورت مجزا مورد مطالعه محققان زیادی قرار گرفته و نتایج مفیدی داشته است. ولی مطالعات منسجم و کاملی در مورد تاثیر هم زمان هر دو عامل انجام نشده است. در این پایان نامه اثرات انبساط سرد و پیش بار بر روی استحکام خستگی اتصالات پیچ و مهره مورد بررسی قرار می گیرد. برای این منظور از دو روش تجربی و شبیه سازی المان محدود استفاده شده است. نمونه مورد مطالعه اتصال دو لبه برشی ساخته شده از جنس آلیاژ آلومینیم 2024-t3 است، که توسط یک اتصال پیچ و مهره به هم متصل شده اند. در مرحله تجربی، نمونه ها تحت بارگذاری متناوب با دامنه-های مختلف قرار گرفته اند. تستها تا مرحله گسیختگی نهایی ادامه پیدا کرده است. سپس مقاطع شکست و سطوح سایش مورد مطالعه قرار گرفته اند. نتایج بدست آمده از تستهای تجربی نشان می دهند که هر یک از دو روش عملیات انبساط سرد و نیروی پیش بار به صورت جداگانه تاثیر مطلوبی روی عمر خستگی دارند. اما بر خلاف پیش بینی های اولیه، برای حالت ترکیبی عملیات انبساط سرد و نیروی پیش بار، وقتی که درصد انبساط سرد به مقدار بهینه و متداولی که در مقالات مختلف به آن اشاره شده است افزایش داده می شود، نه تنها عمر اتصال افزایش پیدا نمی کند بلکه کاهش شدید از خود نشان می دهد. بررسی سطوح سایش و مقاطع شکست نشان می دهد که برای این گروه از نمونه ها، ترک از محل سایش و در ناحیه دور از سوراخ شروع می شود که نشانه های بارز تغییر نوع گسیختگی، از خستگی ساده به خستگی سایشی است. در مرحله شبیه سازی عددی به کمک نرم افزار المان محدود ansys، تمامی مراحل تستهای عملی شبیه سازی شده است. توزیع تنش و کرنش در نقاط حساس اتصال استخراج شده است. نتایج المان محدود نشان می دهد که عملیات انبساط سرد، اندازه تنشهای میانگین را در اطراف سوراخ کاهش می دهد و اعمال نیروی پیش بار نیز بیشتر باعث کاهش اندازه دامنه تنشها در اطراف سوراخ می شود. در نتیجه هر دو روش باعث بهبود عمر اتصال می شوند. با اعمال هم زمان عملیات انبساط سرد و نیروی پیش بار اثر مثبت هر دو روش باعث کاهش تنشهای میانگین و دامنه تنشها در اطراف سوراخ می شود. اما بررسی های بیشتر توسط پارامترهای خستگی سایشی نشان می دهند که، درصد بهینه عملیات انبساط گزارش شده در تحقیقات قبلی در ترکیب با نیروی پیش بار نه تنها باعث بهبود عمر خستگی نمی شود، بلکه باعث فعال شدن خستگی سایشی می شود. در مرحله شبیه سازی عددی هم چنین سعی شده است تا به کمک معیارهای خستگی چند محوره، عمر لازم برای شروع ترک محاسبه شود. سپس در ادامه عمر لازم برای رشد ترک توسط نرم افزار afgrow محاسبه شده است. در نهایت با جمع عمرهای بدست آمده، عمر کل خستگی اتصال محاسبه شده و با نتایج تستهای تجربی مقایسه شده است.

ورق های ساندویچی نوع ویژه ای از مواد کامپوزیتی هستند که از اتصال دو صفحه نازک با استحکام مکانیکی بالا و یک هسته ضخیم ولی سبک و بااستحکام مکانیکی پایین به وجود می آیند. این هسته ها دارای انواع مختلف اند که هسته لانه زنبوری یکی از آن ها است. هسته های لانه زنبوری به دلیل شکل هندسی خود، برای پرکردن فضای بین دوپوسته از مقدار ماده کمتری استفاده می کنند که در نتیجه موجب سبکی کل سازه می گردند. توانایی هسته لانه زنبوری در مقابل نیروی فشاری، یک فاکتور موثر در بسیاری از کاربردهای ورق های ساندویچی است. بنابراین تاثیر پارامترهای هندسی لانه زنبوری بر روی وزن و تحمل نیروی فشاری می تواند نقش مهمی را در طراحی ها ایفا نماید. در پایان نامه رفتار مغز لانه زنبوری در برابر نیروی فشاری در راستای محور سلول مورد بررسی قرار گرفته است. تست این نمونه در بین دو صفحه فشارنده که توسط دستور سرعت کنترل می شود انجام پذیرفت. در ابتدا تغییرات مقاومت فشاری برای نمونه هایی با تغییرات ضخامت دیواره سلول و سایز سلولی ±30% ، با مدل سازی المان محدود در ابعاد کوچکتر از نمونه اصلی صورت گرفت. در این بخش مشخص گردید که کاهش سایز سلول و افزایش ضخامت دیواره هردو باعث افزایش مقاومت فشاری لانه زنبوری می شوند. سپس با استفاده از دو روش همگن و غیرهمگن مدل سازی کل لانه زنبوری صورت گرفت و ارتباط بین مدل سازی نمونه از ابعاد کوچکتر تا نمونه اصلی، بیان گردید و مشخص شد که در پیش بینی تنش میانگین استفاده از مدل کوچکتر با شبکه بندی ریزتر و در پیش بینی تنش بیشینه استفاده از مدل سازی کل نمونه به روش غیرهمگن دارای جواب های بهتری است. همچنین تاثیر وجود نقص اولیه بر مقاومت فشاری مورد بررسی قرار گرفت و مشخص گردید که باوجود نقص اولیه سازه مقاومت خود را به طور کامل از دست نمی دهد.

اتصالات پیچ و مهره به عنوان یکی از پر کاربردترین نوع اتصالات در سازه های مهندسی به ویژه هوافضا محسوب می شوند. تأثیر این نوع اتصال در قطعات ترک دار، ایجاد پیش تنش فشاری در سطح ترک و افزایش مقاومت قطعه در برابر رشد و گسترش ترک خواهد بود که منجر به افزایش مقاومت و عمر قطعه در بارگذاری های استاتیکی و دینامیکی می شود. در این تحقیق در دو بخش تجربی و عددی به مقایسه ی میزان تأثیر نیروی پیش بار پیچ بر روی نمونه هایی از جنس pmma و دارای ترک لبه ای به طول mm30 در مود ترکیبی i و ii شکست پرداخته شده است. به منظور اعمال بار بر روی نمونه ها در مود مرکب از فیکسچر آرکان استفاده شده است که توانایی اعمال بار در زوایای صفر تا نود درجه را بر نمونه دارد. در بخش عملی این پایان نامه پنج دسته نمونه مورد ارزیابی قرار گرفته اند که دسته ی اول نمونه های بدون پیش بار، دسته ی دوم تا چهارم نمونه های با حضور نیروی پیش بار پیچ در فواصل مختلف از نوک ترک و در نهایت دسته ی پنجم با حضور دو نیروی پیش بار بطور همزمان. نمونه های آماده شده به کمک دستگاه تست کشش بارگذاری و نیروی شکست هر یک اندازه گیری می-شود که این مقادیر در بخش حل عددی مورد استفاده قرار می گیرند. در بخش عددی فاکتورهای شدت تنش در زوایای مختلف محاسبه شده و افزایش مقاومت نمونه ها از دو دیدگاه نشان داده می شوند. در نهایت منحنی های شکست تک تک گروه ها به کمک دو معیار مختلف و با در نظر گرفتن ترم ثابت میدان تنش رسم و با یکدیگر مقایسه می شوند.

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.

وجود ترک در اجزای یک ماشین شکست ماده را تسریع می کند. به همین دلیل رفتار مکانیکی پیرامون انتهای ترک باید مورد توجه قرار گیرد. در این مطالعه تاثیر نیروی پیش بار پیچ و مهره روی مکانیزم شکست پلی متیل متا کریلیت در مود یک، دو و ترکیبی به صورت تجربی و عددی بررسی شده است. برای آزمایش تجربی از فیکسچر اصلاح شده آرکان استفاده می شود. استفاده از این فیکسچر امکان به دست آوردن پارامترهای شکست در حالت مود یک، دو و مرکب را می دهد. با توجه به شکل خاص فیکسچر آرکان تغییر زاویه بارگذاری بین 0 تا 90 درجه امکان پذیر است. در بخش تجربی ارتباط بین گشتاور پیچشی اعمال شده و نیروی پیش بار با استفاده از یک بوش به همراه دو کرنش سنج که بین مهره و صفحه قرار می گیرد محاسبه می شود. برای انجام تست های تجربی از یک نمونه مستطیلی که دارای ترک عرضی است استفاده شده است. برای بدست آوردن مقاومت شکست در هر حالت نیروی کششی استاتیکی در راستاهای مختلف برای ایجاد مود خالص یک، دو و مود ترکیبی شکست اعمال می شود. نمونه ها به دو صورت بدون پیچ و پیچ دار می باشند، که در حالت پیچ دار برای ایجاد نیروی پیش بار از یک پیچ و دو پیچ استفاده می شود. در بخش عددی نمونه و فیکسچر اصلاح شده آرکان با استفاده از نرم افزار المان محدود انسیس شبیه سازی می شود و در شرایط مشابه تست های عملی قرار می گیرد و فاکتور های شدت تنش و مولفه های ثابت تنش در حالت های مود کششی خالص، برش خالص و مرکب بدست آمده و مقایسه می شوند تا اثر نیروی پیش بار و مولفه ثابت تنش روی فاکتور شدت تنش و فاکتور هندسی بی بعد مشخص شود. در انتها نتایج بدست آمده از تست های عملی و تحلیل های نرم افزاری حاکی از تاثیر قابل توجه نیروی پیش بار در کاهش فاکتور هندسی بی بعد در مودهای مختلف شکست و یا افزایش مقدار مقاومت باقیمانده می باشد. همچنین این نتایج تاثیر نیروی پیش بار بروی مولفه ثابت میدان تنش را نشان می دهد.

ای بهبود عملکرد محصولات پلیمری بطور گسترده از تقویت¬کننده¬ها با ساختار¬های مختلف استفاده شده است. اخیراً توجه محققین و صنعتگران معطوف به بکارگیری الیاف میکرونی و همچنین نانوذرات معدنی شده است. برای تقویت پلیمرها می¬توان بطور همزمان از الیاف میکرونی به¬همراه ذرات نانویی استفاده کرد. مشخصه ی اصلی این نانوکامپوزیت¬های هیبریدی، اثر هم¬افزایی تقویت کننده¬ها است که "hybrid effect" نامیده می شود. سختی¬ها و هزینه¬های بالا¬ی آزمایشات تجربی به منظوردست¬یابی به شرایط و فرمولاسیون بهینه، مدل¬های میکرومکانیکی و مدلسازی¬ عددی را جایگزین خوبی برای آنها کرده است. مدل¬های میکرومکانیکی متعددی برای پیش¬بینی خواص کشسانی گزارش شده است، اما مدل¬های میکرومکانیکی اخیر قادر نیستند فازها و مکانیزم¬ها، از جمله ویژگی¬های میان¬فاز و چسبندگی پرکننده به پلیمر را با جزئیات دقیق در مدلسازی، لحاظ کنند. ازسوی دیگر روش المان محدود (fem) می¬تواند رفتار کامپوزیت¬های محتوی پرکننده را دقیق¬تر مدلسازی کند. در این تحقیق رفتار کشسانی نانوکامپوزیت هیبریدی پایه پلیمری محتوی الیاف شیشه میکرونی کوتاه و نانوذرات caco3 شبیه¬سازی المان محدود می¬شود. برای این منظور از روش «تحلیل المان محدود دو¬مرحله ای» در نرم¬افزار ansys استفاده شده است. در این روش همانند روند تهیه کامپوزیت هیبریدی، درگام اول، نانوکامپوزیت پلیمر خالص/caco3 تحلیل می¬شود. در گام دوم نتایج نانوکامپوزیت حاصل از گام اول به عنوان داده¬ی ورودی ماده زمینه موثر در نظر گرفته¬شده و سپس اثر الیاف کوتاه شیشه بر خواص ماتریس موثر ارزیابی می¬شود. شبیه¬سازی رفتار کشسانی نانوکامپوزیت¬ها نشان می¬دهد، ضخامت و ویژگی¬های لایه میان¬فازی تاثیر قابل¬توجه در بهبود مدول کششی کامپوزیت دارد، اما استحکام کششی را کمتر تحت تاثیر قرار می¬دهد. خوشه-ای شدن نانوذرات نیز می¬تواند عامل بهبود عملکرد کشسانی کامپوزیت¬ها باشد. استفاده از داده¬های بلورینگی در تخمین ضخامت میان¬فاز در مقایسه با شبیه¬سازی¬های fe قبلی، نتایج شبیه¬سازی را به رفتار واقعی نانوکامپوزیت نزدیک¬تر می¬کند. مدول کششی کامپوزیت تقویت شده با الیاف شیشه در راستای طولی بیشتر از راستای عرضی است. استحکام کششی کامپوزیت تقویت شده با الیاف ناپیوسته شیشه شدیداً متاثر از چسبندگی فصل¬مشترک و نیز راستای بارگذاری می¬باشد. مقایسه¬ی نتایج شبیه¬سازی با نتایج تجربی، آشکار کرده است، روش دو مرحله¬ای توانایی پیش¬بینی مدول و استحکام نانوکامپوزیت هیبریدی را بترتیب با خطای متوسط 86/22% و 25/17% دارد. متوسط خطای پیش بینیِ مدول با روش پیشنهادی، در مقایسه با مدل میکرومکانیکی rohm، تقریباً نصف است.

وجود ترک ذاتی در قطعات مکانیکی می تواند سبب تسریع خرابی مکانیکی و شکست آن ها حتی در تنش های کمتر از استحکام تسلیم که خرابی مورد انتظار نیست، شود. ترک ها و ناچ ها ممکن است در زوایای مختلفی نسبت به راستای بارگذاری در ماده وجود داشته باشند. این امر سبب می شود تا رشد ترک و شکست نهایی ماده تحت مود ترکیبی شکست صورت گیرد. بنابراین بررسی عوامل موثر بر مقاومت ماده در برابر شکست، تحت بارگذاری مود ترکیبی از اهمیت بالایی برخوردار است. اتصالات مکانیکی یکی از مهم ترین بخش های هر سازه هستند. اتصال با پیچ و مهره از اتصالات مهمی است که کاربرد گسترده ای در صنایع دارد. در این نوع اتصالات گشتاور پیچشی اعمال شده به پیچ ها جهت محکم نمودن اتصال، باعث ایجاد نیروی پیش بار کششی در پیچ می شود. این نیروی پیش بار باعث فشرده شدن اجزای اتصال به هم می شود و علاوه بر ایجاد تنش فشاری در اطراف سوراخ، در اثر اعمال نیروی خارجی به اجزای اتصال باعث تحریک نیروی اصطکاک در سطوح تماس اجزا می گردد. در صورت وجود یا رشد تدریجی ترک در لبه ی سوراخ اتصال پیچ و مهره، در قطعه ای تحت بارگذاری، نیروی پیش بار و نیروی اصطکاک، باعث توزیع تنش پیچیده در اطراف سوراخ شده و ضریب شدت تنش و مولفه ی ثابت تنش (t-stress) اطراف ترک را نیز تحت تأثیر قرار می دهد. در این مطالعه، اثر نیروی پیش بار پیچ بر روی مقاومت شکست و فاکتور شدت تنش موثر ماده ی پلی متیل متاکریلات در مودهای شکست اول و دوم و ترکیبی با زوایای مختلف، به صورت تجربی و عددی بررسی می شود. برای انجام آزمایشات تجربی از چهار گروه نمونه ی مستطیلی دارای ترک مرکزی با نسبت طول ترک 0.5، از جنس پلی متیل متاکریلات استفاده می شود که با قرار گرفتن در فیکسچر آرکان اصلاح شده و با استفاده از یک ماشین کشش استاتیکی، امکان اعمال زوایای بارگذاری مختلف و به دست آوردن مقاومت شکست نمونه ها در مودهای مختلف، به وجود می آید. این چهار گروه عبارتند از نمونه های دارای ترک مرکزی بدون سوراخ، نمونه های دارای ترک مرکزی با سوراخ هایی در حوالی نوک های ترک و بدون پیچ و نمونه های دارای پیچ با دو نوع گشتاور سفت کننده ی 3.5 و 7 نیوتن متر در نزدیکی نوک های ترک. به منظور تعیین مدول الاستیسیته ی ماده ی مورد آزمایش نیز که در بخش بررسی عددی مورد نیاز می باشد، نمونه های استاندارد کشش، طبق استاندارد، از این ماده تهیه شده و مورد آزمایش قرار می گیرند. رابطه ی بین گشتاور سفت کننده ی اعمالی و نیروی پیش بار و ضریب اصططکاک بین سطوح واشر و نمونه نیز به صورت تجربی به دست می آید. در بخش بررسی عددی نیز، مدل سازی شرایط آزمایشات تجربی توسط نرم افزاز المان محدود انسیس، صورت گرفته و نتایج برای محاسبه ی ضرایب هندسه-بار شدت تنش و مولفه های ثابت تنش در حالت های مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. نتایج به دست آمده بیان گر اثر مثبت گشتاور سفت کننده ی پیچ و در نتیجه نیروی پیش بار پیچ بر مقاومت شکست نمونه های مورد آزمایش در تمامی زوایای بارگذاری و تأثیر بیشتر افزایش نیروی پیش بار برای بارگذاری های با مود اول غالب می باشد. نتایج، همچنین نشان دهنده ی اختلاف قابل توجه بین نمونه های بدون سوراخ و بدون پیچ در پارامترهایی نظیر ضریب هندسه-بار برای مود دوم و مولفه ی ثابت تنش می باشد. بررسی منحنی های شکست به دست آمده نیز نشان می دهد که فاکتور شدت تنش به تنهایی قادر به پیش بینی و بیان شکست در نمونه های مورد آزمایش نمی باشد و در نظر گرفتن مولفه ی ثابت تنش نیز همراه با آن ضروری به نظر می رسد.

استفاده از مواد کامپوزیتی به طور قابل توجهی در صنایع مدرن از قبیل اتومبیل سازی، هوافضا و کشتی سازی در حال افزایش است. یکی از مزایای اتصالات چسبی امکان ایجاد اتصال بین مواد غیر مشابه مانند مواد مرکب به فلزات می باشد. ارزیابی و بررسی مشخصات شکست اتصالات چسبی برای رسیدن به حالت اطمینان طراحی از اهمیت زیادی برخوردار است. چسب ها و رزین های اپوکسی، به علت خواص قابل اطمینان مکانیکی از قبیل مقاومت و مدول الاستیسیته بالا، خزش کم و عملکرد مناسب در دمای بالا، به طور گسترده در بسیاری از زمینه ها و کاربردهای مهندسی مورد استفاده قرار می گیرند. اما یک خاصیت نامطلوب آن ها مقاومت ضعیف آن ها در برابر رشد ترک است. بنابراین در طول دهه گذشته تلاش های زیادی جهت بهبود مقاومت شکست اپوکسی ها به وسیله افزودن نانو ذراتی از قبیل نانو ذرات لاستیکی، نانو خاک رس، نانو لوله های کربنی، نا نو سیلیکا و ... صورت گرفته است . هدف پژوهش حاضر بررسی رفتار شکست اتصالات چسبی کامپوزیت به آلومینیم در مد دوم بارگذاری و اثرات نانو ذرات سیلیکا بر انرژی شکست این اتصال می باشد. بدین منظور با ساخت نمونه های کامپوزیتی و اتصال آن ها با چسب اپوکسی خالص به آلومینیم و انجام آزمایش enf بر روی آن، نمودارهای نیرو- جابجایی برای نمونه هایی با طول ترک های متفاوت بدست آمد. با در اختیار داشتن داده های تجربی، مقدار نرخ آزاد سازی انرژی کرنشی بحرانی را با استفاده از نظریه های موجود در منابع که در همین پژوهش ارائه شده است محاسبه شد. برای شبیه سازی آزمایش های فوق از یک مدل اجزای محدود سه بعدی با استفاده از روش czm در نرم افزار abaqus استفاده شده تا بتوان از نتایج بدست آمده در تفسیر بهتر فرآیند شکست و مقایسه با نتایج تجربی استفاده کرد. در این پژوهش نتایج بدست آمده از شبیه سازی عددی و نتایج تجربی در سازگاری خوبی با یکدیگر هستند و مقادیر خطای روش عددی در بسیاری از موارد اندک است. برای مشاهده ی اثرات نانو ذرات سیلیکا بر انرژی شکست چسب ،قطعات کامپوزیتی و آلومینیمی را با چسب های تقویت شده با درصدهای وزنی مختلف نانو سیلیکا در یک طول ترک مشابه متصل کرده و با انجام آزمایش enf بر روی آن ها نمودار نیرو- جابجایی را ثبت نمودیم. با استفاده از روش تئوری ساده(sbt) برای اتصلات چسبی دو قطعه با جنس متفاوت که در منابع موجود است، نرخ آزاد سازی انرژی کرنشی بحرانی را برای نمونه های چسب تقویت شده با درصدهای وزنی مختلف نانوسیلیکا به دست آورده و آن را با نمونه ی چسب خالص مقایسه کردیم. نتایج نشان می دهد که با افزایش درصد وزنی نانو سیلیکا مقدار انرژی شکست نیز افزایش می یابد. در نهایت از میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) جهت بررسی مشخصات سطوح شکست و نتایج بدست آمده در حالت چسب خالص و چسب تقویت شده با نانو ذرات سیلیکا استفاده شده است.

در این تحقیق مدل سازی نمونه کامپوزیتی در مد سوم شکست با انجام آزمایش پیچش و برآورد مقاومت آن در مقابل انتشار ترک بر مبنای انرژی، انجام یافته است. برای این منظورجهت ایجاد جدایش لایه ها در مد سوم شکست، نمونه کامپوزیتی رزین اپوکسی/ فیبر شیشه بافتی تحت بارگذاری پیچشی قرار گرفته است. با اعمال قوانین مکانیک شکست روی نمونه، جدایش لایه ها در مد سوم شکست به صورت عددی انجام شده و بر مبناء تئوری irwin-kies آهنگ رهایی انرژی کرنشی برآورد می شود. با استفاده از نرم افزارهای مهندسی مانند abaqus نمونه مدل سازی شده و آهنگ رهایی انرژی کرنشی برآورد می شود. در این تحقیق تحلیل عددی برای طول ترک های مختلف انجام و نتایج به دست آمده با یکدیگر مقایسه شده است. با توجه به نتایج به دست آمده مشاهده می شود که با افزایش طول ترک انرژی لازم جهت جدایش لایه ها کاهش می یابد. از نتایج دیگر مناسب بودن استفاده از روش fem برای تحلیل های عددی برای بررسی جدایش لایه ها در مد سوم شکست و به دست آوردن آهنگ رهایی انرژی می باشد. در این تحقیق یکی از نو-آوری های به کار گرفته شده ایجاد ترک اولیه در قسمت طولی نمونه ایجاد می باشد، که مشاهده رشد ترک را در حین آزمایش راحت تر می کند.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

اتصال پیچ و مهره یکی از انواع اتصالات جداشدنی است که در صنایع مختلف مورداستفاده قرار می گیرد. هرگاه اتصالی مورد نیاز باشد که بتوان بدون شکستن قطعات، آنها را از هم جدا نموده و در عین حال در برابر بارهای کششی، برشی و گشتاورهای وارده یا ترکیبی از آنها و همچنین بارهای متناوب به اندازه کافی مقاوم باشد، بکارگیری پیچ و مهره از فولادهای سخت شده، راه حل مناسبی است. با اعمال گشتاور پیچشی جهت بستن اتصال، نیرویی کششی در راستای محور پیچ بوجود می آید که به نیروی گیرش معروف است. در مباحث تئوری، مقدار گشتاور اعمالی به مهره از طریق ضریب گشتاور پیچشی به قطر پیچ و نیروی محوری در پیچ ارتباط داده شده و یک جواب تقریبی بدست می آید. داشتن آگاهی کافی از رابطه بین میزان اعمال گشتاور و نیروی گیرش ایجاد شده در پیچ جهت رسیدن به یک اتصال مناسب امری ضروریست. از سوی دیگر آگاهی از عوامل موثر بر این رابطه می تواند ما را در این امر یاری نماید. هدف اصلی این تحقیق شبیه سازی اتصال پیچ و مهره به صفحه از طریق روش اجزای محدود جهت بدست آوردن ضریب گشتاور پیچشی می باشد. این نمونه یک ورق سوراخدار است که با یک پیچ و مهره شش گوش بسته شده است. در بخش آزمایشی این پژوهش، ارتباط بین گشتاور پیچشی اعمالی شده و نیروی گیرش ایجاد شده در پیچ با استفاده از کرنش سنج های فشاری محوری و بوش فولادی بدست آمده است. نحوه تأثیر عوامل مختلف نظیر ضریب اصطکاک در سطوح مختلف و محل اعمال گشتاور بر رابطه بین گشتاور اعمالی و نیروی گیرش مورد بررسی قرار گرفته و توزیع تنش و کرنش در اجزای مختلف اتصال در قسمت شبیه سازی بدست آمده است. در پایان مقدار ضریب گشتاور بدست آمده از شبیه سازی با مقدار حاصل از روش عملی مقایسه گردیده است.