در این تحقیق ابعاد و ضخامتهای مناسب برای یک شیر فشارشکن هوا و شیر اطمینان آن در شرایط کارکرد واقعی با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود abaqus به دست آمده است. با استفاده از این ضخامتها، نقشه های مربوطه استخراج و در اختیار سازنده قرار گرفت. برای این کار ابتدا شیر فشارشکن و شیر اطمینان موجود بعد از مدلسازی کامل مورد تحلیل قرار گرفت و ضرایب اطمینان برای آن استخراج شدند. سپس با استفاده از این ضرایب اطمینان، شیر جدید طراحی گردید. در تحلیل شیر فشارشکن جدید و شیر اطمینان آن اثرات انتقال حرارت نیز در نظر گرفته شده است. حداکثر و حداقل دمای کارکردی به ترتیب 50 و 40- درج? سانتیگراد است که روی سطح خارجی شیر و شیر اطمینان اعمال شده است. در مدلسازی، تکنیکهای مختلفی نظیر tie و merge استفاده شد. استفاده از این تکنیکها به جای مدلسازی کامل رزوه ها، سرعت اجرای برنامه را بهبود می بخشد ضمن اینکه جوابهای قابل قبولی به دست می دهند. همچنین در انتها شیر تولید شده با استفاده از امکانات موجود تست گردید. تستهای انجام شده تستهای عملکردی و مقاومتی بودند. در انجام این تستها نکاتی باید مورد توجه قرار گیرد که به طور کامل به آن پرداخته شده است.

در این پژوهش فرآیند فروروی سنبه و فرآیند شکل دهی یک فنجان استوانه ای با استفاده از الگوریتم اویلر-لاگرانژ اختیاری (ale) شبیه سازی شده است. از نقطه نظر مکانیک محیط پیوسته دو فرمولاسیون کلاسیک بنام فرمولاسیون اویلری و فرمولاسیون لاگرانژی وجود دارد. در شبیه سازی تغییر شکل های بزرگ با استفاده از این دو فرمولاسیون مشکلاتی از قبیل اعوجاج شدید مش، نوسانات نیرو، توصیف نادرست از شرایط مرزی تماس در گوشه های نوک تیز، نیاز به مش بندی مجدد و یا عدم امکان مدل سازی توسعه ماده در مرزهای آزاد بوجود می آید. از آنجایی که نقطه قوت هر کدام از دیدگاه های اویلری و لاگرانژی، نقطه ضعف دیدگاه دیگر می باشد و هر دو دیدگاه مکمل یکدیگر هستند، در این پایان نامه فرآیندهایی با تغییر شکل های بزرگ با استفاده از روش ale که از مزیت های این دو دیدگاه استفاده می کند، شبیه سازی شده اند. در ابتدا فرمولاسیون اجزاء محدود ale غیر کوپل (روش اوپراتور دو بخشی) که نرم افزار abaqus از آن برای تحلیل مسائل استفاده می کند، بیان شده است. در ادامه برای صحه گذاری نتایج مدل اجزاء محدود ale در نرم افزار abaqus و اطمینان از درست بودن نحوه اعمال قیدها برای حرکت مش، مسئله گلویی شدن موضعی یک میله تحت کشش با استفاده از روش ale و با در نظر گرفتن یک الگوی حرکت مش ساده مدل شده و نتایج بدست آمده از نرم افزار abaqus با نتایج موجود در مقالات مقایسه شده است. در ادامه با توجه به ناتوانی روش لاگرانژی در شبیه سازی فرآیند فروروی سنبه، این فرآیند شکل دهی با استفاده از روش ale در نرم افزار abaqus و با در نظر گرفتن اثرات نرخ کرنش شبیه سازی شده و نتایج بدست آمده از این شبیه سازی با نتایج موجود در مقالات مقایسه شده است. از آنجایی که شبیه سازی فرآیند فروروی سنبه با استفاده از روش ale قابلیت بالای این روش را در شبیه سازی مسائل با تغییر شکل های بزرگ نشان می دهد، آزمایش های تجربی بر روی نمونه های از جنس سرب انجام شده و نتایج این آزمایشات با نتایج بدست آمده از روش ale و همچنین نتایج بدست آمده از نرم افزار deform2 مقایسه شده اند، که نتایج بدست آمده از آزمایشات با نتایج بدست آمده از روش ale مطابقت خوبی با یکدیگر داشته اند. در پایان فرآیند کشش عمیق فنجان استوانه ای با استفاده از روش ale در نرم افزار abaqus شبیه سازی شده و نتایج با نتایج موجود در مقالات مقایسه شده و بیانگر تطابق خوبی می باشد.

سیستم های مکانیکی مختلفی که از مکانیزم فعال کننده انفجاری استفاده می کنند، به شکل متداولی در کاربردهای متنوّع صنعتی، هوافضایی و دفاعی به کار می روند. این سیستم ها می توانند از طریق انفجار حجم کوچکی از یک منبع انرژی تعبیه شده، انرژی قابل توجّهی را در مدت زمان بسیار کوتاه و با قابلیت اطمینان بالا، در مناطق دوردست فراهم و از آن در جهت عملکردهای خاص خود استفاده کنند. شیرهای انفجاری دسته ای از این سیستم ها هستند که به منظور قطع، وصل، تغییر مسیر، انشعاب یا اتّصال جریان سیّال در لوله های انتقال به کار می روند. هدف این پژوهش، به دست آوردن یک مدل ریاضی جامع برای توصیف رفتار شیرهای قطع انفجاری به منظور استفاده در مطالعات بهینه سازی این سیستم ها و یا طراحی سیستم های مشابه بوده است. این مدل، فرآیندهای انفجار سوخت جامد، حرکت المان مسدودکننده مسیر سیال در اثر انفجار، اندرکنش بین سیال و المان مسدودکننده و نهایتاً تداخل هندسی منجر به تغییرشکل الاستوپلاستیک المان مسدودکننده و بدنه شیر با در نظر گرفتن اثرات سخت شوندگی مواد را به طور همزمان در نظر می گیرد. دستگاه معادلات دیفرانسیل استخراج شده سپس با استفاده از روش های عددی حل شده و پارامترهای توصیف کننده عملکرد شیر از جمله تاریخچه فشار و دمای گازهای حاصل از انفجار، سرعت و موقعیت المان مسدودکننده، تنش های ایجاد شده در اثر تداخل و میزان تغییرشکل بدنه شیر استخراج گردیده اند. جهت تحلیل دقیق تر موضوع و همچنین اعتبارسنجی روابط به دست آمده از حل تحلیلی، یک تحلیل عددی نیز با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود abaqus انجام گرفته است.

مسئله ترموالاستیسیته کوپل حاکم بر کره جدار ضخیم به صورت تحلیلی حل شده است. در این پایان نامه از تئوری کلاسیک ترموالاستیسیته استفاده شده است. مسائل ترموالاستیسیته حاکم بر کره در حالت های غیر کوپله شبه استاتیک، غیرکوپله دینامیکی و کوپله دینامیکی حل شده اند. شرایط مرزی حرارتی و مکانیکی وابسته به زمان در نظر گرفته شده اند. در حالاتی شرایط مرزی از نوع دیریکله و در حالاتی دیگر از نوع کوشی در نظر گرفته شده اند. روش استفاده شده در این پایان نامه، برای تمامی مسائل ممکن فارغ از شرایط مرزی تجویز شده نیز کاربرد دارد. پس از یافتن توزیع دما و مولفه شعاعی جابجایی به صورت رابطه بسته، توزیع مولفه های تنش رسم شده اند. در مسائل حل شده، شوک حرارتی و رفتار موجی مولفه-های تنش بررسی شده است.

در پایان نامه حاضر یک میکروتیر ترکدار که دارای ترک لبه ای است و تحت تاثیر بارگذاری ناشی از میدان الکترواستاتیکی قرار گرفته مطالعه شده است. در قسمت اول ترک به صورت یک فنر پیچشی بدون جرم که دو قسمت سالم تیر را به هم وصل می کند مدل سازی شده است و اثرات وجود ترک بر روی پاسخ استاتیکی و دینامیکی و همچنین پایداری سیستم تیر یکسر گیردار مطالعه شده و مقادیر بحرانی ولتاژهای اعمال شده تعیین شده است. در قسمت دوم، مدل یک درجه آزادی برای میکروتیر ترکدار با ترک تنفس کننده ارائه شده است. معادلات حاکم در این حالت به معادله ماتیو منجر شده است. این نوع مدلسازی مسئله برای مطالعه پارامتریک سیستم ارائه گردیده است در قسمت پایانی مدل تیر ترکدار با تئوری گرادیان کرنش الاستیسیته آنالیز شده است. ابتدا معادلات حاکم بر مسئله با استفاده از روش حساب تغییرات استخراج گردیده، سپس معادلات حاکم با روش خطی سازی گام به-گام حل گردیده است. نتایج به صورت خیلی دقیق نشان می دهند که تئوری حاضر سفتی سیستم را نسبت به تئوری های دیگر از جمله تئوری کوپل تنش و تئوری کلاسیک بیشتر پیش بینی می کند که در نتیجه، ولتاژهای بحرانی سیستم افزایش یافته اند. . در نهایت نتایج تحلیل و جمع بندی و پیشنهادات برای کارهای آینده آمده است.

فلزاتی که هیدروژن را جذب می کنند، دچار کاهش چقرمگی و شتاب در رشد ترک می شوند. این پدیده به عنوان تردی هیدروژنی شناخته شده است. از طرفی ترک های ایجادشده به کمک هیدروژن ممکن است همواره قابل تشخیص و شناسایی نباشند، در نتیجه بررسی موضوع اهمیت پیدا می کند. برای بدست آوردن غلظت بحرانی هیدروژن، اولین مرحله یافتن توزیع غلظت هیدروژن در جسم می باشد که در این پروژه به این مهم پرداخته شده است. در ابتدا معادلات حاکم بر مسئله ی نفوذ هیدروژن به کمک تنش در مختصات استوانه ای استخراج و سپس با اعمال ساده-سازی و فرضیات لازم روند حل تحلیلی این معادلات پیش برده شده که در آخرین مراحل حل از یک روش عددی برای بدست آوردن توزیع غلظت استفاده شده است. بعلاوه معادلات نفوذ در استوانه ی جدار ضخیم بدون ترک نیز بصورت تحلیلی حل شده است که این امکان را فراهم می کند که تأثیر حضور ترک در توزیع غلظت هیدروژن بررسی شود. در نهایت مدل سازی و تحلیل اجزاء محدود استوانه با ترک طولی در دو حالت دوبعدی و سه بعدی و همچنین ترک محیطی انجام گرفته است و نتایج با حالت تحلیلی مقایسه شده اند. برخلاف کارهای انجام شده ی اخیر که به حل اجزاء محدود یا حل عددی معادلات بسنده کرده اند، انجام حل تحلیلی و نیمه تحلیلی این معادلات می تواند در دستیابی به توزیع غلظت در شرایط گوناگون موثر واقع گردد.

در این رساله، مسئله شکست دینامیکی با استفاده از روشهای تحلیلی و عددی مورد بررسی قرار می گیرد. مدل سازی تحلیلی در نمونه متداول dcb بر اساس تئوری تیرها با در نظر گرفتن اثرات تغییر شکل برشی انجام می شود در حل استاتیکی ابتدا حل بسته تابع نرمی نمونه بدست می آید که نتایج بدست آمده از آن تطابق بسیار خوبی با مقادیر اندازه گیری شده موجود در کارهای قبلی نشان می دهد. سپس رابطه ضریب شدت تنش نمونه که تابع پارامترهایی از جمله هندسه نمونه و بارگذاری می باشد، بدست می آید. با توجه به رابطه تحلیلی بدست آمده برای نرمی و مقایسه آن با نتایج آزمایشگاهی، مدل ارائه شده در قسمت تحلیلی روش مناسبی برای تحلیل مکانیک شکست این نوع نمونه ها (dcb و ct) می باشد. در حالت رشد ترک دینامیکی، از اثرات اینرسی در معادله حاکم بر مسئله صرف نظر شده و مسأله به صورت شبه استاتیکی مدلسازی می گردد. نهایتاً یک عبارت تحلیلی برای سرعت ترک بر حسب پارامترهای تیر و مقاومت در برابر رشد ترک با استفاده از معادله بالانس انرژی به دست می آید. مشاهده می گردد که در حالت بارگذاری جابجایی ثابت زمانی که نوک ترک به مرز محدود نزدیک می شود، رشد ترک دچار شتاب گیری مجدد می شود. در قسمت تحلیل عددی، مد سازی رشد ترک دینامیکی با استفاده از فرمولاسیون اولر-لاگرانژ دلخواه (ale) در قالب روش اجزاء محدود انجام می شود. در این حالت، چقرمگی شکست دینامیکی ماده که تابعی غیر خطی از سرعت ترک می باشد، به عنوان ورودی مدل محاسباتی در شبیه سازی شکست دینامیکی استفاده می شود. در روش ارائه شده سرعت ترک و مقدار رشد ترک در هر لحظه محاسبه می گردد. به خاطر حرکت مستقل مش از ماده در فرمولاسیون ale، جمله هایی تحت عنوان جمله های انتقالی در معادلات ظاهر می شوند که از نقطه نظر نحوه ی برخورد با این جمله ها دو روش حل کوپل و غیر کوپل وجود دارد. در این مطالعه از روش غیر کوپل برای حل معادلات استفاده شده است که در آن می توان از تکنیک عمل گر جداکننده در تعیین اثرات مادی و انتقالی به طور جداگانه استفاده کرد. بنابراین مطابق با این روش، هر گام زمانی به دو مرحله ی لاگرانژی و اولری تجزیه می شود. در مرحله لاگرانژی، مش و ماده با هم حرکت می کنند و در مرحله دوم که حل اولری نام دارد، حرکت مش و انتقال متغیرهای حل از مش لاگرانژی به مش جابجا شده یا مش اولری صورت می گیرد. در مرحله اولری حل از یک الگوی حرکت مش بر اساس روش نگاشت ایزوپارامتریک استفاده شده است. در طول شبیه سازی رشد ترک به دلیل بهره گیری از یک شبکه مش (بدون تغییر در تعداد و ترتیب شماره گذاری المانها و گرهها)، نیازی به استفاده از مش بندی مجدد مدل نمی باشد. مراحل مختلف شبیه سازی به صورت یک برنامه اجزاء محدود اولر-لاگرانژ دلخواه برای تحلیل رشد ترک دینامیکی مد یک با استفاده از المانهای دو بعدی و سه بعدی تهیه شده است. روش محاسباتی پیشنهادی در شبیه سازی پدیده رشد ترک دینامیکی در نمونه dcb تحت بارگذاری جابجایی ثابت و همینطور شکست دینامیکی لوله های تحت فشار انتقال گاز بکار گرفته شده است. نتایج بدست آمده در حالت دو بعدی برای نمونه dcb شامل تاریخچه رشد ترک، سرعت ترک و ضریب شدت تنش دینامیکی تطابق بسیار خوبی با نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد. شایان ذکر است که در شبیه سازی رشد ترک دینامیکی در لوله های تحت فشار، سرعت رشد ترک وضعیت پایدار محاسبه شده مستقل از اندازه فشار داخل لوله می باشد. این امر موید رابطه تحلیلی ارائه شده توسط kanninen بر اساس مدل تیر نیز می باشد که برای سرعت حدی رشد ترک در لوله های انتقال گاز بوده و وابسته به مقدار فشار لوله نمی باشد.

منابع حرارتی متحرک در بسیاری از فرآیندهای صنعتی که در آن ها تولید حرارت رخ می-دهد وجود دارند. بررسی تنش های حرارتی ایجاد شده در قطعات و ابزارهای صنعتی در اثر این منابع حرارتی برای طراحی و استفاده ی بهینه از آن ها ضروری است. به دلیل پیچیده بودن معادلات مربوط به توزیع دما و تنش های حرارتی معمولاً این مسائل از طریق روش های عددی حل می شوند. با توجه به هزینه و زمان بر بودن این روش ها نیاز به حل تحلیلی برای چنین مسائلی احساس می شود. در این پژوهش توزیع دما و تنش های حرارتی در یک ورق دو بعدی با طول و عرض نامحدود که تحت اثر یک منبع حرارتی متحرک با قدرت و سرعت متغیر است با حل معادلات ترموالاستیسیته در حالت شبه استاتیک به کمک پتانسیل جابجایی ترموالاستیک به صورت تحلیلی بدست آمده اند. همچنین توزیع دما و تنش-های حرارتی در یک ورق دو بعدی با طول نامحدود و عرض محدود که تحت اثر یک منبع حرارتی متحرک با قدرت و سرعت ثابت است با حل معادلات ترموالاستیسیته در حالت پایا به کمک تبدیل فوریه نامحدود بدست آمده اند. منبع حرارتی متحرک به صورت متمرکز در نظر گرفته شده است. همچنین از تغییرات دما در جهت ضخامت صرف نظر شده و مسأله تنش صفحه ای فرض می شود. به علاوه خواص حرارتی و مکانیکی جسم ثابت و مستقل از دما در نظر گرفته و از اتلاف در اثر تشعشع صرف نظر شده است. در نهایت در قالب چند مثال عددی، نتایج بدست آمده با داده های تجربی، عددی و تحلیلی، صحت سنجی شده و اثر گذر زمان، تغییر سرعت و تغییر عرض ورق روی نتایج بررسی شده اند.

هدف از کار تحقیقاتی حاضر ارائه نرم افزاری جامع برای طراحی فانوسی ها است. نرم افزاری کاربردوست که با در نظر گرفتن جامع ترین حالت بارگذاری قادر به تحلیل فانوسی های موجود و همچنین طراحی انواع جدیدی از فانوسی ها باشد. مراحل انجام این کار تحقیقاتی به صورت زیر می باشند: 1) آشنایی با فانوسی ها از لحاظ مواردی چون کاربرد، جنس و شکل ظاهری. 2) انجام طراحی مفهومی فانوسی ها برای مشخص کردن پارامترهای مهم در طراحی این اجزا. 3) جستجو و یافتن روابطی برای محاسبه پارامترهای مهم از قبیل تنش ها، فشارهای کمانش و عمر خستگی در فانوسی ها. 4) تدوین نرم افزار جامع و کاربردوست طراحی فانوسی های مورداستفاده در صنایع هوافضا.

با پیچیده شدن سیستم های مهندسی و افزایش اجزای آن ها، بررسی ایمنی و نحوه عملکرد آن ها با روش های متعارف امری مشکل است. قابلیت اطمینان یک مشخصه ذاتی هر محصول یا سیستم و یکی از پارامترهای طراحی، ساخت و بهره برداری می باشد که در طی فرایندهای مربوطه همواره باید به عنوان یک معیار مهم مورد توجه و کنترل قرار گیرد؛ بنابراین برای حصول این امر، کمّی سنجی قابلیت اطمینان ضرورت می یابد. قابلیت اطمینان عبارت است از احتمال این که یک سیستم بتواند وظیفه مورد انتظار را تحت شرایط عملکردی مشخص، در یک بازه ی زمانی معین، با موفقیت انجام دهد. روش قابلیت اطمینان در مورد سه مثال صنعتی اجرا شده و توابع قابلیت اطمینان مربوط به قطعات مورد نظر استخراج گردیده اند. در ابتدا طراحی یکی از بلبیرینگ های سیستم انتقال قدرت بالگرد و تئوری های مربوط به آن مورد مطالعه قرار گرفته است. روش ذکر شده بر روی بلبیرینگ سیستم انتقال قدرت بالگردهای 205، 209 و 212 انجام و توابع قابلیت اطمینان بر حسب عمر استخراج شده اند. با محاسبه ی عمر مبنای این نوع بلبیرینگ تابع قابلیت اطمینان آن به ترتیب با استفاده از سه مدل مختلف هریس، هندبوک نیروی دریایی آمریکا و فیشر استخراج شده است. با توجه به نتایج بدست آمده مدل دوم مدل مناسبی جهت توصیف تابع قابلیت اطمینان بر حسب عمر نبوده و تفاوت زیادی با دو مدل دیگر دارد. مدل هریس به دلیل در نظر گرفتن شرایط واقعی عملکرد بلبیرینگ مورد نظر و دارا بودن تابع آهنگ خرابی متغیر با عمر، مدل مناسب تری جهت توصیف تابع قابلیت اطمینان این نوع بلبیرینگ بوده و این تابع می تواند برای ارزیابی قابلیت اطمینان در عمرهای مختلف مورد استفاده قرار گیرد. سپس روش های آماری، تحلیل اطلاعات عمر و تئوری های مربوط به آن مورد مطالعه قرار گرفته است. از اینرو با در دست داشتن اطلاعات واماندگی و عمر ملخ بالگرد 205 تحلیل و مدل سازی قابلیت اطمینان این نوع ملخ انجام شده و تابع قابلیت اطمینان بر حسب عمر استخراج گردیده است. در آخر به ارزیابی قابلیت اطمینان یکی از چرخ دنده های سیستم انتقال قدرت بالگرد و تئوری های مربوط به آن پرداخته و روش ذکر شده بر روی چرخ دنده فوق در بالگردهای 205، 209 و 212 اجرا و توابع قابلیت اطمینان بر حسب عمر استخراج شده اند.

در این پژوهش، به پیش بینی عمر خستگی اتصالات پرچی در یک پوسته استوانه ای تقویت شده بر مبنای مکانیک شکست و با استفاده از مفهوم طول ترک اولیه معادل (eifs) پرداخته شده است. بدین منظور ابتدا با انجام آزمایش های خستگی روی نمونه های فشرده کششی c(t) از جنس فولاد 4340 که در صنایع هوافضا پرکاربرد است، معایب و مزایای سه روش محاسبه eifs یعنی: روش برونیابی بازگشتی، روش نمودار k.t. و روش t.t.c.i مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج آزمایشگاهی نشان دادند که eifs تخمینی از روش برونیابی بازگشتی و روش t.t.c.i. وابسته به دامنه بارگذاری است. در حالی که eifs تخمینی از روش نمودار k.t. را می توان بعنوان خاصیت ماده در نظر گرفت. به عبارت دیگر این eifs برای تمامی دامنه های بارگذاری یکسان خواهد بود. لذا جهت محاسبه eifs در تحلیل خستگی پوسته استوانه ای مورد نظر از روش نمودار k.t. استفاده شده است. بدین منظور ابتدا برخی خواص مکانیک شکست پوسته مذکور از قبیل ضریب شدت تنش سیکلی آستانه (??k?_th) از هر دو روش افزایشی و کاهشی ضریب شدت تنش، ثوابت رابطه پاریس و چقرمگی شکست وابسته به ضخامت (k_c)، در آزمایشگاه اندازه گیری شده است. سپس به تحلیل تنش مسئله تحت چهار حالت بارگذاری مختلف، از روش زیرمدلسازی پوسته-به-جامد در نرم افزار آباکوس پرداخته شده است. پس از محاسبه میدان های تنش و کرنش در کل سازه، تحلیل خستگی از دیدگاه صفحه بحرانی برون-میلر صورت گرفته است. به منظور تخمین عمر از روش مذکور، برنامه ای کمکی به زبان پیتون در نرم افزار آباکوس نوشته شده است. در ادامه با شبیه سازی سه بعدی فرآیند رشد ترک خستگی در سازه، به تخمین عمر خستگی از دیدگاه مکانیک شکست پرداخته شده است. در تخمین eifs از روش نمودار k.t.، یک رابطه به فرم بسته جهت محاسبه بیشینه مقدار ضریب شدت تنش سیکلی (??k?_i) در جبهه ترک، به ازای هر بارگذاری و طول ترک دلخواه، استخراج شده و صحت آن نیز بررسی شده است. در نهایت نیز عمر پیش بینی شده از هر دو دیدگاه کلاسیک و مکانیک شکست با یکدیگر مقایسه شده است. نتایج شبیه سازی نشان دادند که عمر پیش بینی شده بر مبنای دیدگاه کلاسیک برون-میلر نامحدود بوده در حالی که عمر پیش بینی شده از دیدگاه مکانیک شکست محدود است.

گرافیت یک ماده رسانای الکتریکی و حرارتی است که دارای کاربردهای وسیعی در صنعت می باشد. این ماده ترد است و دارای نواقص و حفرههایی در ریزساختار خود میباشد. شکست در آن به صورت ناگهانی اتفاق میافتد و سریعا گسترش می یابد. در پژوهش حاضر به محاسبه تجربی خواص مکانیکی و چقرمگی شکست گرافیت پرداخته شد. در بخش اول با طراحی و ساخت فیکسچر مناسب به آزمایش کشش ساده 17 نمونه در دو راستای عمود برهم پرداخته، با مقایسه نتایج آیزوتروپیک بودن این ماده روشن گشته و درنهایت این بخش مدول یانگ و استحکام نهایی ماده به دست آمده است. در بخش دوم چقرمگی شکست گرافیت با استفاده از 10 نمونه خمش سه نقطه با شیار ماشین کاری شده v شکل تیز راه به در مورد بررسی قرار گرفته است. برای انجام این کار از روشی براساس نیروی لحظه برای محاسبه ضریب شدت تنش و روش نرمی برای محاسبه نرخ آزادسازی انرژی استفاده شده است. سپس از ارتباط این دو پارامتر با یکدیگر استفاده شده و میزان اختلاف دو روش محاسبه گردیده است. به منظور کاهش خطای حاصل از دو روش گفته شده، جابه جایی ها با محاسبه اختلاف میان lvdt و خط اثر بار اصلاح شدند. بدینصورت که نمونه ای بدون ناچ را مورد آزمایش قرار داده و جابهجایی گزارش شده را با مقادیر حاصل از تئوری تیرها و همچنین روش المان محدود مقایسه شده است. میزان این تفاوت به عنوان تابعی از نیرو در آزمایش نمونههای شیاردار نیز مورد استفاده قرار گرفته و سبب شده است خطای حاصل از دو روش اندازه گیری ضریب شدت تنش کاهش قابل ملاحظه ای داشته باشد. هم چنین تاثیر رطوبت گیری برروی چقرمگی شکست گرافیت نیز مورد بررسی قرار گرفته است. برای انجام این کار نمونه هایی از گرافیت به مدت 2 ساعت در دمای 130 درجه سانتی گراد در کوره حرارت دیده و سپس چقرمگی شکست آنها محاسبه گردیده است. مشاهده شده است که در اثر رطوبت گیری میزان چقرمگی شکست به میزان 7 درصد کاهش مییابد. در نتیجه طراحی بر اساس این چقرمگی شکست محافظه کارانه تر خواهد بود.

مخازن تحت فشار کاربرد فراوانی در صنایع شیمیایی اتمی و موشکی دارند. طراحی این محفظه ها می-بایست از دقت و ضریب اطمینان بالایی برخوردار باشد چرا که خطرات ناشی از طراحی نادرست که نتیجه آن انهدام محفظه می باشد، از لحاظ جانی و مالی بسیار گران تمام خواهد شد. به همین منظور لازم است که از روشی استانداردی جهت طراحی محفظه ها استفاده نمود. در این کار تحقیقاتی از استاندارد asme sevtion viii جهت طراحی مخازن تحت فشار استفاده شده است. هدف از کار تحقیقاتی حاضر، تدوین الگوریتم طراحی مخازن تحت فشار است و در ادامه به تخمین عمر مخازن تحت فشار طبق استاندارد پرداخته می شود. مراحل انجام این کار تحقیقاتی به صورت زیر می باشند: 1)آشنایی با مخازن تحت فشار از لحاظ مواردی چون شکل، فشار و ضخامت جداره. 2)الزامات عمومی در مخازن تحت فشار. 3)طراحی مفهومی و جستجو و یافتن روابطی برای محاسبه پارامترهای مهم از قبیل تنش ها و عمر خستگی در مخازن تحت فشار.

مخازن تحت فشار کاربرد فراوان در صنایع شیمیایی، اتمی و موشکی دارند. طراحی این محفظه ها می بایست از دقت و ضریب اطمینان بالایی برخوردار باشد چرا که خطرات ناشی از طراحی نادرست که نتیجه آن انهدام محفظه می باشد از لحاظ جانی و مالی بسیار گران تمام خواهد شد، به همین منظور لازم است که از روش استانداردی جهت طراحی محفظه ها استفاده نمود. جهت طراحی محفظه های تحت فشار می بایست از استانداردهایی استفاده شود که از راندمان کاری و ضریب اطمینان بالایی برخوردار باشند. دو نمونه از استانداردهای مورد استفاده برای محفظه های تحت فشار asme-sec viii-division i,ii,iii و bs5500 می باشد. در این پروژه از استاندارد asme-sec viii-division i,ii,iii جهت طراحی این نوع مخازن استفاده خواهد شد که توسط انجمن مهندسان مکانیک آمریکا تدوین شده و هر چهار سال یکبار مورد بازنگری قرار می گیرد. مطابق با این استاندارد اگر بتوان نشان داد که مخزن در یک مود شکست "نشت قبل از انفجار " وامانده خواهد شد، آنگاه تعداد سیکلهای طراحی باید از دیدگاه خستگی یا مکانیک شکست بدست آمده باشد. اگر یک مود واماندگی نشت قبل از انفجار محرز نشده باشد، آنگاه تعداد سیکلهای طراحی باید طبق معیار مکانیک شکست محاسبه شود. در قدم اول این تحقیق یک تحلیل اجزاء محدود توسط نرم افزار آباکوس انجام شده است و نواحی بحرانی شناسایی شدند. لازم به ذکر است که سه نوع بارگذاری در این تحلیل تنش مورد بررسی قرار گرفتند که مشخص شد بارگذاری جاده تأثیر چندانی در نتایج تحلیل تنش نخواهد داشت. پس از شناسایی ناحیه بحرانی، ترک با طولهای متفاوت در این ناحیه قرار گرفتند و تحلیل رشد ترک خستگی بر روی این ترکها و با استفاده از نرم افزار zencrack انجام شد. در نهایت مشخص شد که ترکهای با ضریب منظر یکسان و با عمق نسبی بیشتر سریعتر رشد خواهند کرد. همچنین مشخص شد در یک ترک با طول مشخص، ترک با شکل جبهه ترک دایروی عمر بیشتری نسبت به ترک با شکل جبهه ترک بیضوی دارد.

تست های خستگی نمونه های جوشی مبنای کد ها و استاندارد های پایه برای طراحی خستگی سازه های جوشی هستند. این تست ها علاوه بر کاربرد عمومی می توانند برای بررسی صحت یک طراحی خاص نیز استفاده شوند. تست های خستگی بر روی نمونه های جوش لب به لب آلومینیم almg6 با ضخامت های 2 و 5 میلیمتر انجام شده است و نمودار تنش-عمر در دیدگاه های تنش اسمی، تنش نقطه داغ ساختاری و تنش ناچ بدست آورده شده است. همچنین نتایج با کد طراحی iiw مقایسه شده است. نتایج نشان می دهند که اثر ضخامت در نمونه های جوشی با ضخامت های کمتر از ضخامت مرجع کدهای طراحی نیز وجود دارد. اثر کاهش ضخامت در افزایش استحکام خستگی به وضوح در مورد اتصالات 2 میلیمتری وجود دارد. همچنین مقدار شیب خط نمودارهای طراحی تنش-عمر برای ضخامت های کمتر از 5 میلیمتر با ضخامت های بیشتر از 5 میلیمتر متفاوت می باشد. مقدار m در رابطه تنش-عمر متعارف، برای ضخامت 2 میلیمتر 4/7 می باشد در حالی که این مقدار در کد iiw برای تمامی ضخامت ها 3 فرض شده است. استفاده از مقدار 3 در محدوده عمرهای 10000 تا یک میلیون سیکل می تواند باعث نتایج غیر محافظه کارانه گردد. در ضخامت 5 میلیمتر مقدار m =3 مقداری قابل قبول می باشد. در طراحی اتصالات جوشی بر مبنای کد iiw، توجه دقیق به نوع اتصال ارائه شده ضروری می باشد. استحکام خستگی بدست آمده برای ضخامت 5 میلیمتر کمتر از استحکام خستگی ارائه شده در کدها برای اتصالات جوش لب به لب می باشد که این امر ناشی از تفاوت هندسه موضعی جوش در اتصالات مورد بررسی در این پژوهش (اتصال جوش لب به لب یک طرفه و دارای نقص نفوذ اضافی با شعاع ناچ کوچک در پای جوش) و اتصالات جوش لب به لب با جوش دو طرفه (شعاع ناچ بزرگ تر و تمرکز تنش کمتر در پای جوش) که مبنای مقادیر ارائه شده در iiw برای دیدگاه تنش نقطه داغ ساختاری و تنش ناچ هستند می باشد.

در این پژوهش، یک الگوریتم و دستورالعمل مرحله به مرحله جهت تحلیل رشد ترک خستگی و تعیین قابلیت اطمینان در یک پوسته استوانه ای تقویت شده تحت بارگذاری اتفاقی با تکیه بر جنبه های آمار و احتمالی مسئله ارائه شده است. این پوسته قفسه میانی نوعی موشک است که تحت بارگذاری های مختلف پروازی و حمل و نقل بر روی جاده می باشد. بدین منظور ابتدا، تحلیل تنش و جابجایی این پوسته به روش اجزا محدود توسط نرم افزارabaqus انجام شده و موقعیت های بحرانی و مستعد جوانه زنی ترک تعیین و سپس در مرحله بعد توسط نرم افزارzencrack و سه روش تحلیلی مختلف، عمر رشد ترک خستگی و قابلیت اطمینان تعیین و با یکدیگر مقایسه شده اند. به منظور صحه سنجی روشهای تحلیلی مورد استفاده از نتایج تست انجام شده روی یک نمونه ct استفاده شده است. همچنین پراکندگی سایر پارامترهای موثر بر رشد ترک خستگی در این نمونه توسط آنالیز حساسیت مورد بررسی قرار گرفته تا مشخص شود که با کدام یک از پارامترها می توان بصورت قطعی و با کدامیک بصورت احتمالی برخورد کرد. آنگاه اثر پراکندگی متغیرهای احتمالی بارگذاری، ضرایب نرخ رشد ترک و طول ترک اولیه و نهایی بصورت تحلیلی مورد بررسی قرار گرفته و با نتایج آزمایش و شبیه سازی مونت کارلو مقایسه شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهند که تاثیر پراکندگی پارامترهای خواص، بارگذاری و طول ترک اولیه و نهایی بر رشد ترک خستگی در نمونه ct قابل توجه بوده و بایستی مورد بررسی قرار بگیرند. اگر چه تاثیر پراکندگی ابعاد نمونه بر طول عمر قابل توجه نبوده و می توان با آن بصورت قطعی برخورد کرد. در بررسی پراکندگی بارگذاری نیز می توان نتیجه گرفت که روش ضریب شدت تنش معادل نسبت به نتایج آزمایش خطای قابل توجهی داشته و اگر چه روش سیکل به سیکل نسبت به روش تئوری حد مرکزی ساده تر می باشد اما زمان محاسباتی نسبتا بالایی داشته و پارامترهای آماری مسئله به طور صریح در روابط قابل مشاهده نمی باشند. همچنین با بررسی پارامتر پهنای باند، این نتیجه بدست آمد که این پارامتر تاثیر ثابتی روی طول عمر نمونه نداشته و با افزایش پهنای باند به ازای سطح بارگذاری ثابت، طول عمر گاهی کاهش و گاهی افزایش می یابد. با مقایسه پروفیل رشد ترک تحت بارگذاری با دامنه ثابت و اتفاقی نیز مشخص می شود که مسیر رشد ترک تحت بارگذاری اتفاقی متفاوت از مسیر رشد ترک تحت بارگذاری با دامنه ثابت می باشد.

بلبیرینگ و رولربیرینگ ها جهت ایجاد حرکت چرخشی و تحمل بارهای سنگین مورد استفاده قرار می گیرند. این اجزا از مهم ترین اجزای بکار رفته در ماشین آلات دوار می باشند، به همین دلیل تعیین دقیق عمر باقیمانده یاتاقان های غلتشی به منظور افزایش قابلیت اطمینان کارکرد آن ها از موضوعات مهم محسوب می گردد. با توجه به اهمیت ماشین های دوار در صنایع مختلف، توسعه ی روش هایی که پیش بینی عمر قطعات موجود در این تجهیزات را با دقت قابل قبولی انجام دهند از اهمیت خاصی برخوردار است. در این پروژه در ابتدا به کمک روش های تحلیلی و مکانیک شکست خطی مدلی تئوری بر مبنای معادلات انتگرالی منفرد جهت تخمین عمر باقیمانده ی اجسام تحت تماس غلتشی ارائه شده است. در این مدل جهت مدل سازی واقعی تر مسئله اثر چندین بار متحرک به طور همزمان در نظر گرفته شده است که در مراجع و مدل های ارائه شده تاکنون این اثر در مدل سازی مسئله تماس لحاظ نگردیده است. در این مدل سطح تحت تماس با یک نیم صفحه ی بینهایت دارای یک ترک لبه ای مدل گردیده است. تماس سیکلی غلتشی نیز با حرکت یک توزیع بار بر روی مرز نیم صفحه بینهایت شبیه سازی شده است. محاسبات مسیر ترک و ضرایب شدت تنش به کمک روش گام به گام بر مبنای معادلات انتگرالی منفرد انجام گردیده است. اثر ضریب اصطکاک و در نظر گرفتن یک، دو و سه بار متمرکز متحرک بر روی مسیر رشد ترک و عمر باقیمانده ی سطح تحت خستگی تماس غلتشی برای فولاد 75x?ct برای زوایای مختلف ترک اولیه نسبت به مرز نیم صفحه مورد بررسی قرار گرفته و نتایج حاصل از این تحلیل با نتایج مدلی از مراجع مورد مقایسه قرار گرفته است. با توجه به نتایج بدست آمده برای عمر باقیمانده مشخص است که با افزایش تعداد بارهای تماسی متحرک بر روی سطح تماس مقدار عمر باقیمانده کاهش پیدا کرده و به حالت واقعی نزدیک تر می گردد. همچنین با افزایش ضریب اصطکاک عمر باقیمانده کاهش می یابد. در بخش دوم از این تحقیق مدل دومی که مدلی احتمالاتی است، ارائه شده است که با استفاده از این مدل می توان مقدار عمر در قابلیت اطمینان های مختلف را بدست آورد. در این مدل مقدار عمر با استفاده از رابطه ی ارائه شده در مدل اول محاسبه می گردد.

در این نوشتار مساله محاسبه ضریب شدت تنش برای یک ترک ساکن با در نظر گرفتن اثر تغییر شکل برشی در یک نمونه dcb مورد بررسی قرار گرفته است بدین منظور نمونه متشکل از دو تیر تیموشنکو در نظر گرفته می شود که در ناحیه تماسشان تکیه گاه الاستیک winkler قرار دارد. مسئله در حالت کلی مورد تحلیل قرار می گیرد. ولی در حالت خاصی که طول ناحیه پس از نوک ترک در مقیاس ارتفاع نمونه باشد. رابطه ساده و مختصری ارائه می گردد. سپس سرعت رشد ترک دینامیکی با استفاده از همین مدل، برای یک نمونه dcb تحت بار ثابت از طریق قانون بقای انرژی بدست آورده می شود. در نهایت نیز ضریب شدت تنش با استفاده از روش اجزای محدود محاسبه می گردد.

آزمایش های خستگی محوری کنترل تنش و کنترل کرنش بر روی نمونه های ورق فولاد cr21ni5ti در ضخامت 95/3 میلیمتر مطابق با روش آزمایش استانداردهای astm e466 و astm e606 انجام شد و از روی منحنی های تنش- عمر و کرنش –عمر خواص خستگی این فولاد تعیین گردید. علاوه بر آن دیده شد که نتایج آزمایش خستگی کم چرخه به خوبی رفتار واهلش تنش متوسط در رفتار چرخه ای با کنترل کرنش را نشان داد. سپس آزمایش خستگی تنش پایه در دو ضخامت دیگر با اندازه 2/1 و 65/2 میلیمتر (مطابق با روش آزمایش استاندارد astm e466) برای تعیین نمودار تنش- عمر انجام شد و اثر ضخامت بر روی عمر خستگی در محدوده خستگی پرچرخه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که با افزایش ضخامت در این بازه ضخامتی ابتدا عمر خستگی نمونه افزایش یافته و سپس کاهش می یابد و همچنین ضخامت 65/2 میلیمتر بیشترین عمر را میان ضخامت های مورد آزمایش دارد. پس از آن خواص حاصل از انجام آزمایش های تجربی خستگی با نتایج بدست آمده از روابط تقریبی مورد استفاده برای تعیین خواص خستگی مورد مقایسه قرار گرفتند که نتایج نشان داد که روابط تعیین خواص خستگی با استفاده از نتایج آزمایش کشش عمر دقیقی را برای ماده تخمین نزده و با خواص واقعی ماده تفاوت چشمگیری دارند و برای استفاده در طراحی های دقیق مناسب نیستند. در پایان نتایج حاصل از انجام آزمایش های خستگی با نتایج موجود در مورد اثر ضخامت بر روی همین فولاد در دیدگاه مکانیک شکست مورد مقایسه قرار گرفت و مشاهده شد که نتایج هر دو دیدگاه رفتار کیفی مشابه ای را برای این فلز درباره اثر ضخامت روی خواص مقاومت به رشد ترک پیش بینی کرده اند.

ماده ویسکوالاستیک ماده ای است که خواصی ما بین خواص یک جامد الاستیک و یک سیال ویسکوز را دارا می باشد. رفتار مکانیکی این مواد به طور همزمان سطحی از صلبیت یک جسم الاستیک و اثرات اتلاف انرژی ناشی از اصطکاک مربوط به سیال ویسکوز را نشان می دهد. برای بیان رفتار بنیانی اینگونه مواد از مدلهای فنر و دمپر استفاده می¬کنند. ماده ویسکوالاستیک مورد استفاده در این پایان نامه از نوع ماده پلیمری پر شده از ذرات می باشد. برای تحلیل اینگونه مواد، ارزیابی یکپارچگی سازه¬ای اهمیت بسزایی دارد. ارزیابی یکپارچگی سازه¬ای شامل تحلیل سازه ای و تحلیل استحکام خواهد بود. تحلیل سازه ای شامل تعیین خواص ماده پلیمری و تحلیل المان محدود می باشد. از این رو برای تعیین خواص از تست¬های کشش و واهلش تنش که مطابق با استاندارد¬های stanag4506و stanag4507 است، استفاده می شود. اثرات پارامتر های مختلف مانند نرخ کرنش و دما برروی خواص مکانیکی بررسی شده است. برای تحلیل المان محدود رفتار ماده پلیمری در شرایط دمایی بالا معمولا بارگذاری به صورت فشار احتراق داخلی شبیه سازی می شود. در نهایت براساس معیار واماندگی نشان داده می شود که واماندگی در سازه اتفاق نمی افتد. به کمک مدل های فنر و دمپر نیز سعی شده تا معادلات تحلیلی برای ماده پلیمری براساس خواص حاصل از تست بدست آید. برای ساده سازی تحلیل المان محدود معمولا از مدل های دو بعدی استفاده می کنند در حالی که امکان خطا وجود دارد. از این رو در این پایان نامه سعی شده تا مقایسه ای بین تحلیل المان محدود دو بعدی و سه بعدی انجام شود و درصد خطا گزارش شده است. همچنین مقایسه ای نیز بین نتایج معادلات تحلیلی و حل المان محدود برای دو هندسه مختلف ارائه شده است.

ماده ویسکوالاستیک ماده ای است که خواصی ما بین خواص یک جامد الاستیک و یک سیال ویسکوز را دارا می باشد. رفتار مکانیکی این مواد به طور همزمان سطحی از صلبیت یک جسم الاستیک و اثرات اتلاف انرژی ناشی از اصطکاک مربوط به سیال ویسکوز را نشان می دهد. این رفتار موجب می شود که خواص مکانیکی ماده تابعی از زمان و دما باشد. بر خلاف مواد الاستیک که خواص بنیادی آن ها با یک تست ساده مکانیکی بدست می آیند، برای تعیین رفتار این مواد از تست واهلش تنش استفاده می شود. درتست واهلش تنش با واردکردن کرنش ثابت، تنش های متغیر با زمان را برای جسم خواهیم داشت. هدف از این تست ها بدست آوردن مدولی می باشد که تابع زمان هستند و برای حل تحلیلی مورد نیاز می باشند. با داشتن این مدول متغیر با زمان میدان های تنش و کرنشی که تحت بارگذاری تعیین می شوند نیز متغیر با زمان خواهند بود. ماده پلیمری مورد نظر درطول عمرخود تحت بارگذاری های مختلفی قرار می گیرد. از جمله شرایط بارگذاری معمول، شرایط مربوط به انبارداری و حمل و نقل جاده ای می باشد. برای تحلیل اینگونه مواد، ارزیابی یکپارچگی سازهای اهمیت بسزایی دارد. ارزیابی یکپارچگی سازهای از دو قسمت تحلیل سازهای و تحلیل استحکام تشکیل شده است. تحلیل سازه ای شامل تعیین خواص و تحلیل المان محدود می باشد و تحلیل استحکام شامل تعیین خواص واماندگی بدست آمده از تست کشش و مقایسه تنش ها و کرنش های بیشینه از این تست با نتایج حل المان محدود می باشد. در این پایان نامه روند کار بدین صورت است که پس از مطالعات اولیه و بررسی رفتار مواد ویسکوالاستیک، تست های تعیین خواص بنیانی و واماندگی گرفته شده است و نتایج ارائه گردیده است. در ادامه پس از تحلیل المان محدود در دو شرایط بارگذاری انبارداری و حمل ونقل ، نتایج با خواص واماندگی مقایسه شده است.

در این پژوهش ایده اصلی آرنیکوپتر که حذف روتور دمی از بالگرد است، پرداخته شده است. در ادامه پیکربندی های مختلف بال زدن، مقایسه سیستم¬های کنترل پرواز یک آرنیکوپتر با بالگرد و همچنین انواع مکانیزم¬های بال زدن اجباری ارائه شده است. پس از آشنایی با ایده آرنیکوپتر، به طراحی مفهومی آن پرداخته شده است.. سپس به تحلیل سینماتیک و نیرویی مکانیزم پرداخته شده است. بدین منظور ابتدا مکانیزم چرخدنده ای ساخته شده توسط دانشگاه دلفت از روش مهندسی معکوس مدلسازی گردیده است.

در این تحقیق، به تخمین عمر خستگی ملخ بالگرد bell 205 از دیدگاههای خستگی کلاسیک و مکانیک شکست پرداخته شده است. به منظور پیش بینی عمر خستگی اجزاء ملخ بالگرد از دیدگاه کلاسیک، چند روش پیش بینی یک بعدی و سه بعدی مورد استفاده قرار گرفته و نتایج بدست آمده با هم مقایسه گردید.