آلیاژهای حافظه دار گرهی از مواد هستند که به دلیل خواص بسیار جالبشان، کاربردهای گسترده ای پیدا کرده اند. برای بدست آوردن خواص بهتر، بر اساس رابطه پچ- هال، با استفاده از روش پرس زاویه-ای با مقاطع یکسان استفاده کرده و اندازه متوسط دانه ها را تا حد نانومتر ریز کردیم و 4 دمای مشخصه ی را برای حالت های قبل از انجام فرایند و پس از انجام فرآیند بررسی کردیم. لازم به ذکر است که به منظور دست یافتن به اندازه ی مناسب قالب، با استفاده از نرم افزار abaqus قالب تحلیل شده و کوچکترین اندازه ی آن بدست آمده است. در مرتبه ی اول انجام فرآیند در دمای 200 سانتی گراد و طول کورس بلند پرس، سنبه دچار خمیدگی شده ادامه ی فرآیند ممکن نبود. در مرتبه ی بعدی طول کورس پرس را کم کرده و با ثابت نگه داشتن شرایط مرتبه ی قبل، باز انجام فرآیند غیر ممکن بود. سپس، با یافتن علل شکستن سنبه، 2 راهنما برای سنبه در نظر گرفته و طرح قالب را کمی تغییر دادیم. با اعمال این تغییرات و افزایش دما به 400 سانتی گراد، فرآیند انجام شد. با انجام فرآیند برای 12 بار متوالی، اندازه متوسط دانه در ساختار نمونه به 60-150 نانومتر رسید.

کشف نانولوله های کربن با خصوصیات و ویژگی های منحصر به فرد، ایده استفاده از این نانوسازه ها را در ساخت مواد و سازه های پیشرفته با خصوصیات ویژه جدید و قابل رقابت با مواد و حتی کامپوزیت های متداول ایجاد نموده است. این ایده در مهندسی مکانیک به مطالعه و تحقیق در زمینه قابلیت های استفاده از نانولوله های کربن به عنوان تقویت کننده در مواد گوناگون و در بارگذاری ها و شرایط مختلف منجر گردیده است. مشکلات موجود در ساخت کامپوزیت های نانولوله کربن و همچنین فقدان روش های ساخت و اندازه گیری مشخص که ناشی از ابعاد بسیار ریز این سازه هاست، استفاده از نتایج تحقیقات آزمایشگاهی را در طراحی هدفمند آنها با محدویت مواجه می نماید. از اینرو مدل سازی مواد نانوکامپوزیت با در نظر گرفتن ویژگی های اتمی آنها، به عنوان راهنمایی مناسب در طراحی نانوکامپوزیت ها مورد توجه قرار می گیرد. این مدل سازی ها می توانند در مقیاس مولکولی، با صرف هزینه محاسباتی زیاد و محدود کننده ای صورت گیرند، و یا در مقیاس بزرگتر و با دید محیط پیوسته، به کمک فرض های ساده کننده با دقتی کمتر ولی محاسبات سریع تر انجام شوند. در این میان اخیراً با بهره گیری از دقت روش های مولکولی و سرعت روش های محیط پیوسته، روش جدیدی در مدل سازی نانوکامپوزیت ها موسوم به مدل سازی چند مقیاسی به کار گرفته شده است. در پژوهش حاضر، با استفاده از روش های مدل سازی چند مقیاسی به تعیین رفتار استاتیکی (کشش) و همچنین رفتار ارتعاشی (فرکانس های طبیعی) نانولوله های کربن تک جداره پرداخته شده است، سپس با مدل سازی المان های حجمی نماینده از نانوکامپوزیت های پلیمری تقویت شده با انواع نانولوله ها با مقادیر حجمی متفاوت، رفتار کششی و ضربه این سازه ها مورد بررسی قرار گرفته است. مدل سازی ها و تحلیل های استاتیکی و دینامیکی در این پژوهش با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود abaqus انجام گرفته اند. با توجه به قابلیت های مدل سازی ها و آنالیز های عددی، با ایجاد تغییر در ترکیب نانوکامپوزیت های مدل سازی شده، نقش پارامترهای مختلف طراحی نظیر مقدار حجمی، نوع و قطر نانولوله های موجود در آنها، بر رفتار استاتیکی و دینامیکی نانولوله های کربن و نانوکامپوزیت آنها مورد بررسی قرار گرفته است. در نهایت ضمن تایید تقویت رفتار ضربه پلیمر به کمک استفاده از نانولوله کربن در ساختار آن، نقش پارامترهای مختلف طراحی در چگونگی کاهش انرژی ضربه مورد مطالعه قرار گرفته است.

افزایش تقاضا برای انرژی، کاهش منابع انرژی سوخت فسیلی متداول و موضوعات محیطی، توجه زیادی را به سمت منابع انرژی های تجدید پذیر سوق می دهد. چون جهان امروز در حال مواجه با کمبود زیاد انرژی می باشد، پس انرژی می بایست به طریقی ایجاد، ذخیره و تبدیل به انرژی مفید جهت استفاده شود و توسط تکنیک های متناوب مورد استفاده قرار گیرد. برای طراحی مواد و سازه های با جذب انرژی بالا دو راهکار اساسی موجود است: یکی بهینه سازی سازه ها با استفاده از مواد متداول؛ و دیگری طراحی مواد با جذب انرژی جدید می باشد. در این مطالعه، سازه های کامپوزیتی مختلفی در نرم افزار abaqus مدل شده اند. مدل با مراجع معتبر صحت سنجی گشته است. بارگذاری استاتیکی و دینامیکی بر روی مدل اعمال می شود که در طی این بارگذاری ها مقدار نیروی تماس، انرژی داخلی جذب شده و میزان خیز سازه بدست آمده است. در حالت استاتیکی برای تبدیل انرژی ذخیره شده در سازه از صفحه پیزوالکتریک استفاده کرده و آنرا بر روی سازه مدل می کنیم. پیزوالکتریک انرژی مکانیکی ذخیره شده در مدل را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. با مقایسه حالت های مختلف در مدل بهترین هسته، بهترین پوسته، بهترین چیدمان در الیاف و در نهایت بهترین نوع پیزو برای بدست آوردن بیشترین مقدار انرژی داخلی و بالاترین جریان الکتریکی مشخص می گردد.

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.

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.

بشر از گذشته همواره به دنبال رفع محدودیت‏های پیش روی خود بوده است. از ساخت اولین اعضای مصنوعی توسط چوب و فلزات تا به امروز پیشرفت‏های زیادی در این زمینه ایجاد شده است. ساخت اولین‏ پای مصنوعی انعطاف‏پذیر از جنس الیاف کربن قدمی موثر در جهت بهبود زندگی افراد معلول به حساب می‏آید. افراد معلول با استفاده از این پای مصنوعی قادر خواهند بود که همانند افراد سالم به فعالیت‏های ورزشی از قبیل دویدن بپردازند. در این پایان‏نامه به ساخت نمونه‏ای از پای مصنوعی کربنی خواهیم پرداخت. مراحل کلی طراحی و لایه‏چینی این پای مصنوعی در نرم افزار آباکوس انجام شده است، سپس مدل سه بعدی ساخته شده، شبیه‏سازی‏های نرم افزاری را گذرانده و به مرحله ساخت خواهد رسید. این پای مصنوعی توسط پارچه‏های تک‏جهته و بافته شده کربنی ساخته خواهد شد. در انتها نمونه‏های ساخته شده توسط دستگاه‏های تست فشار مورد آزمون قرار خواهند گرفت و نتایج این آزمون با تحلیل‏های نرم‏افزاری مقایسه خواهد شد.

مواد کامپوزیتی با توجه به ویژگیهای خوبی که از خود نشان میدهند دارای کاربردهای فراوانی هستند. یکی از دستههای مواد کامپوزیتی، مواد کامپوزیت دارای الیاف با طول بلند است. یکی از این نوع مواد کامپوزیتی، سازههای مشبک کامپوزیتی میباشند. سازههای مشبک به خاطر ساختار شبکهای این سازهها، به این نام نامیده شدهاند. از سازههای مشبک کامپوزیتی در هوافضا به صورت سازههای استوانهای، نیماستوانهای و مخروطی در بدنه هواپیما و پرتابههای فضایی استفاده میشود. یکی از مسائلی که میتوان در خصوص سازههای کامپوزیتی مطرح نمود، نحوه تعمیر یا بهبود عملکرد این سازهها زمانی که دارای ترک باشند، است. یکی از روشهای متداول تعمیر این سازهها، استفاده از وصلههای کامپوزیتی در محل آسیب دیدگی میباشد. در این پایاننامه، سازه مشبک نیماستوانهای با الگوی لوزی ساخته شد و زمانی که ترک در محل ریب این سازه ایجاد شد به تحلیل آن در بارگذاری فشاری و کششی پرداخته شد. بعد از آن وصله کامپوزیتی تهیه شده را در محل آسیب قرار داده و نتایج را در بارگذاری فشاری و کششی بدست آورده و با نتایج قبلی مقایسه شد. همچنین با استفاده از حل عددی، نتایج بدست آمده با نتایج تحلیل تجربی مقایسه شد. علاوه بر این، میزان تاثیر پارامترهای مختلف نیز در تحلیل عددی مورد بررسی قرار گرفت.

امروزه با تحقیقات و پیشرفت به عمل آمده در زمینه تولید مواد کامپوزیتی، پانل های ساندویچی به عنوان یکی از سازه های سبک و مقاوم، طراحی و تولید می شوند. دلیل استفاده فراوان از این ساختارها در سازه های مکانیکی به خصوص در صنایع هوایی، مقاومت خمشی بالای آن ها و همچنین تحمل بارهای فشاری است بدون اینکه شکست ناگهانی اتفاق بیفتد.