صفحات دارای گشودگی در سازه های هوایی به طور عمده مورد استفاده قرار می گیرند. به دلیل ضخامت کم آن ها، پدیده کمانش عامل مهمی در طراحی این صفحات می باشد. در این تحقیق پس از معرفی گشودگی ها، علت های ایجاد و دسته بندی آن ها، به بررسی اثرات اندازه گشودگی دایروی مرکزی، لایه چینی و ارتفاع لبه تقویت کننده بر روی کمانش تحت بار فشاری تک محوره پرداخته شده است. یکی از روش های مورد استفاده در طراحی صفحات نازک، استفاده از تقویت کننده های یکپارچه بوده که در نمونه های مورد بررسی، به صورت لبه به آن ها اضافه گردیده است. این بررسی از طریق روش های المان محدود و تست تجربی، انجام می پذیرد. همچنین پارامتر لایه چینی، اندازه گشودگی و ارتفاع لبه تقویت کننده را به عنوان متغیر مد نظر قرار داده و تاثیرات آن ها بر بار کمانش بررسی می شود. پس از حل نمونه هایی از جنس کربن-اپوکسی، در نرم افزار المان محدود ansys، (حدودا 350 نمونه)، محدوده بهینه تغییرات بار کمانشی به ازای اندازه لبه تقویت کننده در گشودگی ها و لایه چینی های مختلف استخراج می شود. لازم به ذکر است که قبل از ورود به حل المان محدود نمونه های مختلف، اعتبار سنجی نتایج نرم افزار ansys با نتایج حاصل از تحقیقات دیگران روی پاسخ کمانشی صفحه کامپوزیتی دارای گشودگی و بدون گشودگی مورد بررسی قرار گرفته، که در این مورد نیز نزدیکی خوبی بین نتایج وجود دارد. در مرحله دوم تحقیق، با انتخاب یک گشودگی مرکزی با اندازه ثابت، 54 نمونه در محدوده ارتفاع بهینه از جنس شیشه- اپوکسی در سه لایه چینی مختلف به روش لایه چینی دستی درون قالب طراحی شده، ساخته می شود. پس از آماده سازی، پخت نمونه ها و طراحی فیکسچر لازم، تست تجربی کمانش این نمونه ها تحت بار فشاری تک محوره، انجام گرفته و نتایج آن استخراج می گردید. همچنین کوپن های استاندارد جهت استخراج مشخصه های مکانیکی ساخته شده و هر یک بر اساس استاندارد مربوطه تست می گردند. این مطالعه نشان داد که مقدار بهینه ای برای پارامترهای متغیر مذکور وجود دارد که در آن ها، مقاومت کمانشی صفحات تقویت شده مرکب، ماکزیمم خواهد بود.

کاربرد چند لایه های کامپوزیتی و تقویت شده با الیاف به واسطه وزن پایین و استحکام بالایی که دارند برای بسیاری از صنایع (مانند هوافضا و اجزای ساختار هواپیما) مهم می باشد. در این میان یکی از مهمترین پروسه های نهایی برای اجزای ساخته شده از مواد کامپوزیتی چندلایه عملیات سوراخکاری است. مواد کامپوزیتی چندلایه، موادی سخت در مقابل ماشین کاری هستند که این امر موجب کاهش کارایی سوراخکاری می شود. همچنین بوجود آمدن تورق در بین لایه ها بعنوان نتایج نامطلوب در سوراخکاری مواد کامپوزیتی چندلایه مطرح می باشد. از سوی دیگر، متداول ترین رخ دادها در صفحات نازک تحت بار فشاری، پدیده کمانش است که در هنگام وجود بعضی از عیوب مانند حفره و ترک رخ می دهد. در این پروژه، تحقیقات عددی بر روی بار بحرانی کمانش برای صفحات دارای ترک بین لایه ای تحت بار فشاری محوری صورت پذیرفته است. . بر اساس این فرض، صفحات مربعی و مستطیلی شکل دارای مواد کامپوزیتی شیشه – اپوکسی با حفره دایره ای شکل و ترک بین لایه ای با استفاده از نرم افزار آباکوس شبیه سازی شده است. اثرات طول ترک، شعاع حفره، لایه چینی صفحات و نسبت طول به عرض بصورت عددی محاسبه گردیده است. همچنین اثرات شرایط مرزی به وسیله مدل سازی دو نوع شرایط مرزی مختلف چهار لبه لبه مفصلی و 2 لبه مفصلی با دولبه آزاد مورد مطالعه بوده و در پایان اثرات این پارامترها بر روی بار بحرانی کمانش مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این پایان نامه نشان می دهد مقدار بار بحرانی کمانشی با رشد تورق کاهش می یابد. در شرایط مرزی چهارلبه مفصل ابعاد تورق باعث ایجاد کمانش موضعی می شود و این در حالی است که در شرایط مرزی دولبه مفصل با دولبه آزاد، اثرات تورق کمتر بوده و در اغلب موارد کمانش از نوع کلی از سطوح پایین تری از بار فشاری اتفاق می افتد.

نانولوله های کربنی را می توان به صورت فرم رول شده ورق گرافن فرض کرد که به علت پیوندهای کووالانت موجود در بین اتم های کربن، خواص منحصر به فردی را از خود نشان می دهند. در این پژوهش به مدلسازی و تحلیل ساختارهای مختلفی از نانولوله های کربنی برای تعیین خواص مکانیکی و بررسی رفتار آن تحت بارگذاری های محوری، خمشی و پیچشی با استفاده از روش مکانیک مولکولی و روش اجزای محدود یا به عبارتی روش محیط پیوسته معادل پرداخته می شود. لازم به ذکر است که در این پژوهش نانولوله هایی با محدوده طولی و قطری گسترده ای مدلسازی و بررسی می شود. مختصات گره ها (اتم های کربن) به وسیله الگوریتم ساده ای در نرم افزار matlab تعیین شده و نتایج آن در یک فایل apdl ذخیره می شود. پیوند میان اتم های کربن نانولوله با المان تیر خطی مدل می شود. برای این منظور در نرم افزار ansys از المان تیر خطی beam 188 استفاده شده است. بر اساس تساوی انرژی پتانسیل ناشی از برهم کنش های بین اتمی با انرژی کرنشی المان تیر، خصوصیات هندسی و مکانیکی المان تیر جایگزین برای پیوندهای کربن- کربن از جمله قطر و مدول الاستیسیته محاسبه می شود. با فراخوانی فایل apdl در محیط ansys، انواع بارگـذاری(محوری، پیچشی و خمشی) و شرایط مرزی اعمال مـی شود و با انجام تحلیل عددی به روش اجزای محدود، تأثیر قطر، طول و زاویه کایرال بر روی مدول الاستیسیته، ضـریب پواسون، مدول برشی و مدول خمشی انواع ساخـتارها شامل آرمچیر، زیگزاگ و کایرال بررسی مـی شود. نتایج نشان مـی دهند که با افزایش قطر و طول به یک مقدار مشخص، تاثیر این پارامترها بر رفـتار مکانیکی نانولوله ها حذف می شوند. پس تنها عامل تأثیر گذار بر روی خواص مکانیکی نانولوله ها، زاویه کایرال می باشد. نتایج عددی این پژوهش توافق خوبی با نتایج تحقیقات دیگر دارند.

نانولوله های کربنی به علت خواص مهم و منحصر به فردی که دارند همواره به عنوان یکی از مهم ترین فراورده ها ی فناوری نانو شناخته می شوند، از همین رو افرادی زیادی در سال های گذشته در پژوهش های متفاوتی سعی در شناخت رفتار دقیق تر آن داشته اند. در این پژوهش به کمک روشهای اجزامحدود و مکانیک مولکولی به مدلسازی و تحلیل ساختارهای مختلفی از نانولولههای کربنی پرداخته می شود . ساختارهای مورد بررسی به نحوی انتخاب شده اند که دارای طول و قطر یکسان اما زاویه ی کایرال متفاوت هستند چراکه به این صورت می توان اثرات طول و قطر را حذف کرد. پس از انجام مدلسازی، اثرات زاویه ی کایرال و عیوب مختلفی چون عیب جای خالی و عیب استون ولز بر رفتار کمانشی نانولوله های کربنی در دو حالت بارگذاری محوری و پیچشی بررسی می گردد. برای انجام شبیه سازی نانولوله های کربنی از دو نرم افزار matlab و ansys کمک گرفته شده است. در ابتدا به کمک برنامه ای در محیط matlab مختصات گره ها و المان ها در یک فایل خروجی با فرمت apdl ذخیره و سپس در محیط نرم افزار ansys فراخوانی می شود. برای بدست آوردن خواص المان تیر معادل با پیوندهای کربنی، انرژی پتانسیل ناشی از برهم کنش بین اتمی را با انرژی کرنشی تیر برابر قرار داده و خواصی چون مدول یانگ، مدول برشی و قطر المان بدست می آیند. آنچه که از نتایج مشاهده می شود این است که زاویه کایرال بر روی کمانش محوری نانولوله ها تاثیر بسیار ناچیزی دارد به طوری که می توان گفت پارامترهای طول و قطر نسبت به زاویه ی کایرال بسیار تاثیرگذارتر است. اما در حالت بارگذاری پیچشی تغییرات گشتاور بحرانی نسبت به زاویه ی کایرال قابل ملاحظه است اما نمودارهای حاصل رفتار مشخص و ثابتی را ازخود نشان نمی دهد. با تحلیل نمودارها مشخص شد که نانوله های آرمچیر از نانولوله های زیگزاگ در مقابل پیچش پایدارتر هستند. هم چنین در بین ساختارها با زاویهی کایرال 11/19 قوی ترین ساختار است.برای نانولوله ها با زاویه ی کایرال 49/15 مشاهده شد که این ساختارها بیشترین اختلاف گشتاور بحرانی را در دو حالت چپ گرد و راست گرد، نسبت به سایر ساختارها دارد. در بررسی اثرات عیب جای خالی مشاهده شد که با افزایش تعداد پیوندهای حذف شده گشتاور بحرانی بیشتر افت می کند اما تغییرات در این مرحله هم زیاد چشم گیر نیست. همچنین در مراحل ایجاد عیب، نوع پیوندهای حذف شده مهم و تاثیرگذار هستند. وجود عیوب در ساختار نانولوله همچنین باعث افزایش اختلاف گشتاور بحرانی در دو حالت چپ گرد و راست گرد می شود. با بررسی اثرات مکان عیوب دیده شده اثر وجود عیب در مرکز نانولوله نسبت به ابتدای نانولوله محسوس تراست که البته برای عیب جای خالی نسبت به عیب استون ولز این تغییرات بیشتر است. در بررسی دیگری که اثر زاویه ی کایرال بر گشتاور بحرانی در حضور عیب های جای خالی و استون ولز انجام شد در این حالات هم زاویه 11/19 بیشترین پایداری را داشت. در نهایت به طور کلی در مورد کمانش پیچشی نانولوله ها می توان گفت در نسبت منظری های بالا اثرات طول به مراتب مهم تر از سایر پارامترها است به طوری که اثرات وجود عیب های جای خالی و استون ولز هم کم تاثیر می شود.

هدف از انجام این پایان نامه بررسی تنش های موجود در اتصال چسبی کلاهک مخزن استوانه ای کامپوزیتی تحت بار چرخشی و انتخاب مدل هندسی مناسب است. در اتصالات چسبی، اغلب تکینگی تنش در لبه آزاد انتهای اتصال رخ می دهد. اما استفاده از انتهای سهمی گون موجب کاهش تمرکز تنش می شود. در این پژوهش علاوه بر مدل هندسی پایه، دو مدل هندسی دیگر مورد ارزیابی قرار می گیرد: نخست مدل هندسی با انتهای دارای انحنا که اخیرا برای اتصال لوله ای تحت بار محوری و پیچشی استفاده شده و نتایج خوبی برای این بار گذاری بدست آمده است و دوم، مدل هندسی جدیدی که در آن از چسب اضافه استفاده می شود. قطعات مورد اتصال به صورت چندلایه های ارتوتروپیک که دارای چیدمانی متقارن هستند مدل شده اند و لایه چسب به صورت ماده همگن و ایزوتروپیک می باشد. برای مدلسازی سه بعدی از نرم افزار اباکوس 12-6 استفاده شده است. به دلیل اینکه در مواد چسبی تنش برشی عرضی و تنش "پوسته، پوسته شدگی" در بررسی استحکام اتصال چسبی حائز اهمیت است در مدلسازی اجزای محدود از المان های توپر استفاده شده است تا مولفه های تنش مربوطه قابل بررسی باشند. به منظور صحه گذاری بر نتایج اجزای محدود، تنش برشی عرضی و تنش "پوسته، پوسته شدگی" حاصل از نرم افزار اباکوس، با نتایج تجربی و عددی موجود در مراجع مقایسه می شود. پس از تایید صحت روند مدل سازی، تاثیر فرکانس چرخش در انتهای اتصال برای سه مدل فوق، نیز تاثیر ضخامت لایه چسب بر توزیع تنش ها در محل اتصال برای مدل هندسی پایه و تاثیر دو لایه چینی متفاوت بررسی می شود. در انتها نتیجه گیری می شود که مدل هندسی اتصال چسبی با چسب اضافه به دلیل کاهش تنش برشی عرضی و تنش نرمال "پوسته، پوسته شدگی"، برای این نوع بارگذاری در کلاهک مخزن استوانه ای مناسب می باشد. واژگان کلیدی اتصال چسبی، تنش برشی عرضی، تنش "پوسته، پوسته شدگی"، چسب اضافه، انتهای انحنادار

در این تحقیق با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود آباکوس به بررسی اثر تورق بر پایداری صفحه چندلایه کامپوزیتی پرداخته شده است.نتایج بدست آمده از این پژوهش بدین صورت است که با افزایش ابعاد تورق پایداری صفحه چندلایه کامپوزیتی کاهش می یابد. همچنین با افزایش عمق تورق پایداری صفحه چندلایه کامپوزیتی افزایش می یابد. همچنین مشاهده می شود که در شرایط مرزی مفصل-مفصل، افزایش ابعاد تورق باعث ایجاد کمانش موضعی می گردد و در شرایط مرزی مفصل-آزاد، اثرات ابعاد تورق کمتر بوده و در اغلب موارد کمانش از نوع کلی رخ می دهد.

در پژوهش حاضر ، مطالعاتی در زمینه پدیده خستگی و انباشت آسیب در مواد مرکب چندلایه صورت گرفته و روشهای گوناگون مدلسازی این پدیده در کامپوزیتهای چندجهته بررسی شده است. مدل نوینی برای شبیه سازی رفتار آسیب خستگی انباشته در این چندلایه ها گسترش یافته است. این مدل قادر به شبیه سازی تقلیل سفتی باقیمانده و پیش بینی عمر خستگی چندلایه های کامپوزیتی با هندسه، شمار لایه و چیدمانیهای دلخواه تحت شرایط عمومی بارگذاری خستگی می باشد. مدل دارای سه بخش اصلی است: تحلیل تنش، برآورد انباشت آسیب و تقلیل ویژگیهای ماده. هر المان از هر لایه ، به عنوان یک تک لایه ای ارتوتروپیک تحت وضعیت تنش سه بعدی در نظر گرفته می شود. با بکارگیری نتایج تحلیل سه بعدی تنش، وضعیت آسیب برای هر المان برآورد می شود. بدین منظور تکنیک نوینی موسوم به تکنیک تعمیم یافته برآورد آسیب بنیان شده است. این تکنیک کاملا عمومی بوده و محدود به کاربرد معادلات آسیب برای هندسه یا شرایط بارگذاری ویژه ای نمی باشد. پس از آن، کاهش سفتی باقیمانده با استفاده از یک مجموعه قوانین تقلیل ویژگیهای ماده محاسبه می شود. برای تقلیل تدریجی و ناگهانی ویژگیهای ماده هر المان ، از یک مدل تعمیم یافته استفاده می شود. مدل حاضر در قالب یک برنامه رایانه ای با کاربری آسان ارائه شده است. این برنامه رفتار چرخه به چرخه چندلایه های کامپوزیتی تحت شرایط بارگذاری خستگی را شبیه سازی می کند. نتایج بدست آمده از برنامه ، همخوانی خوبی با داده های آزمایشی نشان داده اند.