در این تحقیق به بررسی رفتار ماده در تغییرشکلهای بسیار سریع که معمولاً در پروسه های براده برداری اتفاق می افتد پرداخته می شود. هدف تعیین خصوصیات مدل ماده ای است که به خوبی بتواند تغییرات سطح تسلیم و سیلان ماده را در براده برداری نشان دهد. بعلاوه مناسبترین مدل آسیب یا معیار گسیختگی که به عنوان شرط جدایی براده می تواند واقعیت جدایش براده را در شبیه سازی اجزاء محدود توصیف کند تعیین می شود. در ابتدا به کمک شبیه سازی براده برداری به وسیله المانهای متداول اجزاء محدود به بررسی عملکرد مدلهای مختلف ماده پرداخته می شود. نتایج تحقیقات نشان می دهد که مدل ماده جانسون-کوک نسبت به مدلهای ماده آکسلی و مائکاوا عملکرد بهتری را در پیش بینی نیروهای برشی و ضخامت براده ارائه می دهد. نتایج شبیه سازی با مدل منتخب جهت ارزیابی مدلهای آسیب و تعیین تاریخچه برای الگوریتم توسعه مدلهای تجمعی آسیب مورد استفاده قرار می گیرد. به منظور رفع موانع روشهای موجود کالیبره کردن(تعیین ثوابت مادی) نظیر عدم اعمال تأثیر متقابل مکانیزمهای برشی و کششی و توسعه روابط برای متغیرهای حالت بسیار کمتر از محدودههای متداول ماشینکاری ، الگوریتم جدیدی برای توسعه مدلهای تجمعی آسیب ارائه شده است. نکته کلیدی در این الگوریتم استفاده از شبیه سازی براده برداری جهت تعیین تاریخچه متغیرهای حالت تجربه شده است که منطبق بر واقعیت پروسه است. با این روش مجموعه ضرائبی برای مدل آسیب جانسون-کوک ارائه شده که عملکرد موفق آن به کمک نتایج آزمایش فشار مرحله ای به اثبات رسیده است. ارزیابی معیارهای گسیختگی دیگر به عنوان شرط جدایی براده، نشان می دهد که تعیین مقدار بحرانیی برای معیارهای گسیختگی حدی کرنشی و تنشی و معیار آسیب تجمعی کاکرافت- لاتم که قابل کاربرد در شرایط برش و هندسه های ابزار مختلف باشد امکان پذیر نیست. بعلاوه وجود ناحیه ای کوچک با مقدار ناچیز تنش کششی بکارگیری معیار کاکرافت- لاتم را که اصولاً معیاری برای تعیین گسیختگی در کشش است زیر سئوال می برد. در ضمن این معیار ترکی طویل را در نوک ابزار پیش بینی می کند که مشاهدات آزمایشگاهی آن را تأیید نمی کنند. فرم کرنش صفحه ای معیار آسیب تجمعی ویلکینز هم اثر مکانیزم گسیختگی برشی را در نظر نمی گیرد درحالیکه این مکانیزم مهمترین نقش را در جدایش براده ایفا می کند. به عنوان نتیجه ای دیگر از این تحقیق، نشان داده شده که یک مدل آسیب نمی تواند بیانگر گسیختگی در تمام عمق برش باشد. به منظور رفع این مشکل، اصلاحی در مدلهای لاگرانژی صورت گرفته تا گسیختگی به ناحیه اصلی جدایش براده مطابق مشاهدات آزمایشگاهی، محدود گردد. در ادامه عملکرد شبیه سازیهای متداول براده برداری با دو تفسیر شکل گیری براده در اثر فقط تغییرشکل پلاستیک ماده حول نوک ابزار (فرو برش ابزار) و جداشدن براده از سطح در اثر ایجاد گسیختگی در ماده در مجاورت نوک ابزار زمینه بحث خواهد بود. در تفسیر اول نیازی به مدلهای آسیب برای تعریف خواص ماده نبوده و نرم افزار مشکل اعوجاج شدید المانها در نوک ابزار را با روش عددی زمانبر شبکه بندی مجدد حل می کند. در نظر نگرفتن احتمال گسیختگی ماده در تفسیر اول باعث شده به ماده قابلیت تغییرشکل نامحدودی بخشیده شود که باعث ایجاد کرنش پلاستیک بسیار بزرگ و دمایی به صورت غیر واقعی بالا برای ناحیه مجاور نوک ابزار می شود. این مقادیر غیر واقعی نتیجه تغییرشکل شدید ماده در نوک ابزار است که برای شکل گیری براده بدون گسیختگی نیاز خواهد بود. به این ترتیب مقاومت قطعه به برش به میزان قابل ملاحظه ای از واقعیت فاصله خواهد گرفت. با اصلاح صورت گرفته در مدلهای لاگرانژی ، هر هشت آزمایش طرح "ارزیابی مدلهای ماشینکاری" (amm) با دقت مطلوب مدل شده اند. نتایج تحقیقات در جهت شناخت رفتار مکانیکی ماده در براده برداری نشان می دهد که هر چند همچون سایر پروسه های شکل دهی، کرنش سختی مهمترین نقش را در تغییر سطح تسلیم ماده ایفا می کند اما سهم اثر نرخ کرنش و دما هم قابل صرفنظرکردن نمی باشد و با حذف احتمال خنثی شدن اثر سخت شدن ناشی از نرخ کرنش با نرم شدن حرارتی، رابطه ریاضی مدل ماده باید علاوه بر اثر کرنش، تأثیر دما و نرخ کرنش را هم لحاظ کند که با توجه به سرعت بسیار بالای پروسه، این پدیده ها تأثیر متقابل نداشته و مدل ماده می تواند اثرات را به طور جداگانه لحاظ کند. در ضمن به کمک حضور مستقیم پارامتر دما در فرم ریاضی مدل ماده می توان تأثیر منابع حرارتی مستقل خارجی نظیر اصطکاک را هم، در رفتار ماده لحاظ کرد و حضور مستقیم پارامتر نرخ کرنش در فرم ریاضی مدل ماده هم تضمین کننده اعمال اثر مستقل سرعت انجام پروسه است. نتایج تحقیقات نشان می دهد در نظر گرفتن تاریخچه متغیرهای حالت تجربه شده در مورد رفتار مکانیکی فلزات b.c.c. چندان مهم نخواهد بود. بررسیها بکارگیری مدلهای ماده ای که با آزمایشهایی در محدوده هایی پائین تر کالیبره شده اند را در تحلیل ماشینکاری که همراه با برونیابی از فرم ریاضی آنهاست بلامانع می داند.

موضوع این پایان نامه تخمین عمر شافت روتور اصلی بالگرد است. از آنجایی که به دلایل عملی مانند محدودیت های بازرسی کاربرد روش تحمل آسیب برای شافت موردنظر غیر ممکن است، بر اساس مقررات باید از روش عمر ایمن برای تخمین عمر استفاده کرد. با توجه به اینکه که بارگذاری شافت مورد نظر غیر تناسبی است و جنس شافت مورد نظر دارای نرمی کمی است از یک معیار صفحه بحرانی که ترکیبی از دامنه تنش برشی و حداکثر تنش عمودی روی صفحه بحرانی را به عنوان پارامتر آسیب در نظر می گیرد استفاده شد.به منظور تخمین عمر، معیار صفحه بحرانی فیندلی استفاده شد. بارگذاری های وارد بر شافت مورد نظر، اثر قطعات مختلف چون صفحه دم، روتور دم و هاب بر بارگذاری این شافت بررسی شد. چون تغییرات گشتاور پیچشی و نیروی تراست در اثر دوران پره ها متفاوت است دو تحلیل جداگانه اجزا محدود برای هر یک از این دو بارگذاری انجام شد. به دلیل تقارن شافت مورد نظر، یک سی ام این شافت شامل یک دندانه هزارخار تحلیل شد. برای تخمین عمر با معیار صفحه بحرانی فیندلی یک کد به زبان apdl در نرم افزار انسیس نوشته شد. با توجه به رفتار خطی ماده، این کد با استفاده از اصل جمع آثار و نتایج دو تحلیل اجزا محدود بارگذاری های گشتاور پیچشی و نیروی تراست، تغییرات تانسور تنش در هر گره را در اثر دوران پره ها بدست می آورد. این کد ضریب بار 5/2 را برای در نظر گرفتن بدترین مانور بالگرد اعمال می کند. کد فوق دامنه تنش برشی را بر اساس روش کوچکترین دایره محیطی محاسبه می کند. این کد، صفحه بحرانی را بر اساس معیار فیندلی تعیین می کند و با مقایسه پارامتر آسیب با خصوصیات ماده، عمر را پیش بینی می کند. خروجی این کد کانتور عمر روی المان های مربوط به گره های انتخابی است. عمر روی گره هایی که حداکثر و حداقل مولفه های تانسور تنش روی آنها رخ می دهد محاسبه و از بین آنها محل بحرانی تعیین شد. محل بحرانی گرهی در ریشه دندانه هزارخار 1 است. عمر شافت در این گره برای بحرانی ترین مانور 4389542 معادل حدود 250 ساعت پرواز محاسبه شد. کانتور عمر روی المان های اطراف این گره(یک دندانه هزارخار) ترسیم شد. با تغییر بارهای اعمالی با ضریب 5/0 تا 5/1، تغییرات نتایج خستگی در محل بحرانی مشاهده و نمودار حساسیت خستگی ترسیم شد. نمودار حساسیت خستگی نشان داد که اگر تنش های اعمالی به نصف کاهش یابند عمر شافت بی نهایت خواهد شد و افزایش 50 درصدی تنش های اعمالی 66 درصد کاهش عمر را منجر می شود. استفاده از فولاد 4340 که دارای تنش تسلیم ksi 125 است 99 درصد کاهش عمر و استفاده از فولاد 4130، 55 درصد کاهش عمر را به همراه دارد.

در این تحقیق مدل سازی و تحلیل المان محدود مواد تک کریستال، چند کریستالی و در نهایت آلیاژهای دو فازی با استفاده از مدل الاستیسیته غیر یکنواخت و کریستال پلاستیسیته مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. در مدل کریستال پلاستیسیته از معادلات متشکله ای برای مدل کردن رفتار تک کریستال ها استفاده می شود تا بتوانند جواب هایی مایکروسکوپیک از پاسخ های اختصاصی کریستال، فرموله کنند. این مدل ها، شبیه سازی کرنش سختی سیستم لغزش و گسترش تنش های داخلی در سرتاسر توده کریستالی را میسر می سازند. کریستال پلاستیسیته اجازه می دهد تا هر گره به تعدادی المان محدود تجزیه شود. قوانین تعادل برای هر کریستال به طور اختصاصی محاسبه شده و با حل این معادلات، تغییر شکل کلی، در بین کریستال ها مجزا می شود. با یک بار معلوم بودن تغییر شکل عملی برای هر کریستال و با انتگرال گیری عددی از معادلات متشکله، شرایط آن کریستال به دست می آید. به هنگام شبیه سازی آلیاژ ها، اولین مسأله این است که چطور مشخصه های هر فاز با فرم مشخصه های مایکروسکوپی ماده، قابل جمع است و اینکه به چه دلایلی، مشخصه های اختصاصی هر فاز به علت وجود فازهای دیگر تغییر می کند؟ در ضمن یک تغییر شکل پلاستیک، به علت اختلاف در سیستم لغزش کریستال ها در هر فاز، تغییر شکل در هر گره فازی متفاوت بوده و این باعث ایجاد تنش- کرنش های عکس العملی بین کریستال ها می-گردد. از آنجایی که طی تغییر شکل پلاستیک، سطح مشترک داخلی بین فاز ها می تواند باعث آسیب و ایجاد تنش های داخلی شود، لذا روابط بین فازی و عکس العمل بین گره های تحت تغییر شکل، بایستی به طور دقیق مورد بررسی و تحلیل قرار گیرد. در این تحقیق ابتدا روابط و معادلات مربوط به سینماتیک، قوانین ترکیبی و سختی وابسته نرخیِ بیان شده در مدل کریستال پلاستیسیته، آورده می شود، سپس این روابط به صورت فرمول های گام به گام درآمده و با استفاده از روش انتگرال زمانی گرادیان فوروارد، در هر نمو از تحلیل المان محدود، حل می گردند. به منظور اینکه بتوانیم رفتار و معادلات حاکم بر تک کریستال ها (با استفاده از مدل کریستال پلاستیسیته) را برای تحلیل المان محدود به کار بریم، یک سابروتین به زبان fortran نوشته شده است که دو وظیفه اصلی را در طی حل المان محدود به عهده دارد: 1- تنش ، کرنش و متغیرهای حالت را به مقادیرشان در پایان نمو، تبدیل می کند. 2- برای مدل ترکیبی، ماتریس جاکوبین متریال را تولید می نماید. آلیاژ دو فازی در نظر گرفته شده برای شبیه سازی المان محدود، ترکیبی از فاز نرم مس به علاوه فاز سخت آهن است و به منظور اینکه تحلیل جامع و کاملی برروی این نوع آلیاژ داشته باشیم، ابتدا هر کدام از دو فاز آهن و مس به طور مجزا به صورت تک کریستالی تحت بار کشش، مدل می شود، سپس نمودارهای تنش-کرنش حاصل از حل المان محدود با نتایج کارهای تجربی مورد راستی آزمایی قرار می گیرد که البته تطابق قابل قبولی داشتند، سپس یک شبکه چند کریستالی با جهت گیری کریستالی تصادفی، متشکل از حدود500 گرین برای هر کدام از فازهای آهن- مس به طور مجزا مدل شده است و این دو مدل نیز مانند مدل تک کریستال، تحت کشش قرار گرفته و نتایج با کارهای تجربی مقایسه می شود. در نهایت هم یک شبکه چند کریستالی دوفازی آهن- مس با پخش تصادفی گرین های آهن- مس و جهت گیری کریستالی مختلف، تحت بار کشش، مدل شده است.در این مرحله اثر درصد وجود هر فاز بروی رفتار کلی آلیاژ، همچنین تغییر رفتار ماکروسکوپی یک فاز وقتی که از حالت تک فازی به صورت آلیاژی در می آید، به طور مفصل مورد بحث و بررسی قرار می گیرد در ضمن نتایج حاصل از مدل سازی المان محدود آلیاژ آهن- مس تطابق قابل قبولی با نتایج کارهای تجربیِ صورت گرفته، دارد.

مخازن cng به دلیل پر و خالی شدن های متوالی، به طور متناوب تحت فشارهای بسیار بالا قرار می گیرند. ترک های سطحی مخزن می توانند با مکانیزم خستگی-خوردگی رشد کنند. بنابراین، این مخازن برای یک عمر کاری محدود طراحی شده و ترک های اولیه آن ها نباید از یک حد مجاز بزرگ تر باشد. بارگذاری مخزن پس از عمر کاری، باعث رشد ترک های سطحی و عبور آن ها از ضخامت می گردد. استانداردهای مخازن cng عملکرد نشت قبل از شکست برای این محصول الزامی می دانند. در این تحقیق، با استفاده از مکانیک شکست و آسیب، روش هایی تحلیلی برای ارزیابی عملکرد نشت قبل از شکست و تعیین اندازه مجاز ترک های اولیه مخازن cng فولادی پیشنهاد شده است. در این تحقیق، یک روش ساده و کاربردی برای تعیین اندازه مجاز ترک های اولیه و یک مدل تحلیلی نوین برای ارزیابی عملکرد نشت قبل از شکست ارایه شده اند. این روش ها در تحلیل یک مخزن 60 لیتری ساخت شرکت فابر ایتالیا ، به کار گیری می شوند. برای تعیین اندازه مجاز ترک های اولیه، از رهیافت رشد معکوس ترک های بحرانی استفاده شده است. رشد معکوس ترک های سطحی بحرانی برای بازه زمانی به اندازه عمر کاری مخزن، گستره ای از اندازه ترک های اولیه با عمر مجاز را به دست خواهد داد. ضرایب شدت تنش ki ترک های سطحی نیم بیضی با استفاده از حل های شناخته شده نیومن و راجو محاسبه شده اند. رشد ترک نیز با انتگرال گیری چرخه به چرخه از روابط رشد خستگی، محاسبه گردیده است. برای ارزیابی عملکرد نشت قبل از شکست، تحلیل پایداری رشد نرم ترک سطحی بحرانی در هنگام عبور از ضخامت، پیشنهاد شده است. ضخامت باقیمانده در پیشانی این ترک سطحی، تحت فشار بیشینه به صورت نرم شکسته شده و یک ترک تمام عمق به وجود می آید. پایداری ترک حاصل، به معنی وقوع عملکرد نشت قبل از شکست ارزیابی می گردد. شبیه سازی رشد نرم با به کارگیری یکی از شناخته شده ترین مدل های میکرومکانیکی آسیب یعنی مدل گرسن (gtn)، انجام می شود. این مدل آسیب، در نرم افزار abaqusexplicit پیاده سازی شده است. در این تحقیق، مدل آسیب گرسن به طور موفقیت آمیزی توانایی خود را در تحلیل رشد نرم ترک های سطحی، شبیه سازی پدیده عبور از ضخامت و پیش بینی پدیده قایقی شدن پیشانی ترک در حین رشد نرم نشان داده است. تعدادی از پارامترهای مدل با استفاده از روابط موجود به دست آمده اند. پارامتر های کسر حجمی حفره اولیه (f0) و بحرانی (fc) نیز با شبیه سازی آزمون خمش سه نقطه ای تجربی و کالیبراسیون اجزای محدود نمودار j-?a تعیین شده اند. در نهایت، شبیه سازی رشد ترک مدل یک هشتم ساده مخزن، پایداری رشد و عملکرد نشت مخزن مورد بررسی را نشان داده است.

اتصالات جوشی معمولاً با عیوب مختلفی از جمله ذرات سرباره، تخلخل یا مُک و پیرتردی همراه هستند. این عیوب می توانند منشا شکل گیری ترک هایی باشند که هنگام سرویس دهی قطعه در آن شکل گرفته و به آرامی رشد کرده و در نهایت منجر به شکست قطعه گردند. رفتار خستگی یک سازه ی جوشکاری شده بواسطه ی پارامترهای زیادی که به طبیعت اتصالات جوشکاری شده وابسته است، از پیچیدگی های فراوانی برخوردار است. در این میان تنش های پسماند به عنوان یکی از اثرات حاصل از سیکل های حرارتی در جوشکاری های چند پاسه، تاثیر غالبی بر رشد ترک خستگی دارد. تنش های پسماند کششی معمولاًً زیانبار بوده و سازه های جوشکاری شده را نسبت به آسیب خستگی، ترک خوردگی تنشی و شکست مستعد می سازند. در مواردی که احتمال رشد عیوبی از جمله ترک های سطحی در سیستم های لوله کشی وجود دارد، تنش های پسماند جوشی در مقایسه با تنش های ناشی از بارهای طراحی سهم زیادی را در میدان تنش کلی دارا هستند. به علاوه به منظور جلوگیری از بروز ترک خوردگی تنشی میان دانه ای در ریشه جوش در لوله های فولادی زنگ نزن لازم است تا نیازمندی های خاصی در ارتباط با شرایط کاری، خواص مواد و تنش های پسماند جوشی برآورده گردد. از این رو به دست آوردن تخمینی مناسب از میدان تنش های پسماند جوشی ضروری می باشد. در تحقیق حاضر میدان های دمایی و تنش های پسماند ایجاد شده در اتصالات جوشی لوله های فولادی زنگ نزن sus304 با انجام یک تحلیل ترمو- الاستیک- پلاستیک به صورت عددی محاسبه شده است. این اتصال جوشی، یک اتصال لب به لب محیطی بوده که در دو پاس و به روش جوشکاری قوس تنگستنی با گاز محافظ صورت گرفته است. فرآیند جوشکاری به صورت دوبعدی و سه بعدی در نرم افزار اجزای محدود abaqus به کمک یک زیر برنامه به منظور اعمال شار حرارتی به مدل شبیه سازی شده است. شار اعمالی از نوع دو بیضی است. همچنین جهت مدل سازی پاس های جوشی و ورود المان های مذاب به داخل حوضچه ی جوش از تکنیک تولّد و مرگ المان ها استفاده شده است. پس از مدل سازی فرآیند فوق، تاثیر ترتیب جوشکاری بر شکل گیری تنش های پسماند در لوله با در نظر گرفتن 4 نوع حرکت پیشنهادی مورد بررسی قرار گرفته است. در انتها نیز فرآیند تاثیر فرآیند هیدروتست پس از جوشکاری بر کاهش این تنش ها ارزیابی شده است. جهت ارزیابی صحت نتایج به دست آمده، نتایج حاصل از شبیه سازی مدل فوق با نتایج حاصل از اندازه گیری تجربی تنش های پسماند با استفاده از روش کرنش سنجی سوراخ مقایسه شده است. بررسی نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهد که انتخاب ترتیب مناسب جوشکاری می تواند تا حدود زیادی تنش های پسماند کششی را کاهش و در مواقعی آن ها را به تنش های فشاری تبدیل نماید. همچنین، نتایج این تحقیق نشان می دهد که بارگذاری هیدروتست پس از فرآیند جوشکاری می تواند تا 70% تنش های پسماند جوشی را کاهش دهد.

چکیده یکی از مهم ترین اهداف و چالش های مهندسین مکانیک در زمینه شکل دهی ورق های نازک فلزی، پیش بینی حد شکل دهی و استحکام محصولات است. مکانیک آسیب پیوسته، ابزار جدیدی است که به خوبی توانسته به این نیاز پاسخ دهد. در این تحقیق، ابتدا مدل های آسیب نرم موجود در نرم افزارabaqus مورد بررسی قرار گرفت. نرم افزار فوق برای مواد نرم دارای هفت مدل آسیب است. هر یک از این مدل ها دارای چند پارامتر وابسته به ماده بوده که تعیین پارامترهای فوق نیازمند انجام آزمایش های متعدد است. به منظور ارزیابی مدل های موجود، تعدادی از آزمون های محک انتخاب و توسط مدل های فوق شبیه سازی گردید. با مقایسه نتایج شبیه سازی های عددی و مقالات علمی، مدل های آسیب نرم مناسب جهت شبیه سازی رشد آسیب در فرآیندهای شکل دهی ورق های نازک فلزی معرفی شد. در ادامه مدل آسیب پیوسته نرم لمتر، به دلیل وابسته بودن به فقط یک پارامتر برای ماده انتخاب گردید. مدل فوق برای بررسی شکست نرم در فرآیندهای شکل دهی ورق فلزی به روش اجزاء محدود و روش تجربی توسعه یافت. در گام اول، یک فرمول بندی مناسب برای مسائل الاستیک- پلاستیک تنش صفحه ای با کرنش های محدود همراه با پدیده آسیب استخراج و یک الگوریتم بهینه جهت حل ارائه گردید. در این الگوریتم نوین، به هنگام نمودن تنش ها تنها توسط یک معادله جبری غیرخطی که کارآیی بالا و افزایش سرعت همگرایی را به دنبال دارد، انجام می گیرد. به منظور پیاده سازی این الگوریتم، یک زیربرنامه تنش صفحه ای بهینه (با دقت و سرعت مناسب) مبتنی بر روش اجزاء محدود برای شبیه سازی فرایندهای شکل دهی ورق هم دما نوشته شد. امتیاز اصلی این زیربرنامه، سرعت و دقت بالا، به کارگیری آن در نرم افزار abaqus و استفاده از المان ها، حل گرهای قوی و دیگر امکانات نرم افزار است. همچنین با استفاده از روش ریزسختی سنجی، پارامتر آسیب نرم لمتر برای فولاد st14 در شرایط تنش صفحه ای هماهنگ با شرایط واقعی استخراج گردید. به منظور اعتبار سنجی مدل آسیب نرم، نتایج به دست آمده از مدل با نتایج تجربی مقایسه شد. پس از کسب اعتبار لازم، تعدادی از فرآیندهای متداول شکل دهی ورق نظیر کشش عمیق، هیدرومکانیکال، هیدروفرمینگ، انبساط ورق سوراخدار و پولک زنی شبیه سازی شده و وقوع شکست نرم در آن ها پیش بینی گردید. همچنین به منظور آشکار شدن قابلیت های زیربرنامه کرنش های محدود، نتایج پیش بینی این زیربرنامه در فرآیند پولک زنی با نتایج زیربرنامه کرنش های کوچک مقایسه شد. در آخر با استفاده از مدل فوق، نمودار حد شکل دهی ورق به صورت عددی پیش بینی و با نتایج عملی مقایسه گردید. مقایسه نتایج نشان داد که زیربرنامه تغییرشکل های بزرگ قادر است با دقت بهتری نسبت به زیربرنامه تغییرشکل های کوچک، نمودار حد شکل دهی در ورق را پیش بینی نماید. لذا نتیجه می شود که مدل و زیربرنامه آسیب نرم لمتر می تواند در تعیین حد شکل دهی فرآیندهای شکل دهی ورق نتایج مناسبی ارائه نموده و تعداد مراحل سعی و خطا را کاهش دهد.

در این تحقیق به پیاده سازی و به کار گیری مدل آسیب غیر محلی بهبود یافته ضمنی گرادیان الاستیک پلاستیک در مواد شکل پذیر پرداخته شده است. در ابتدا فرمول بندی این مدل ارایه و سپس این فرمول بندی در چارچوب اجزای محدود پیاده سازی شده است. در آلگوریتم به کار گرفته شده جهت پیاده سازی مدل آسیب غیر محلی از روش لاگرانژ جهت به روز رسانی متغیر ها استفاده می شود. تنش ها با استفاده از آلگوریتم برگشت شعاعی بر روی سطح بر اساس روش ضمنی بازگشتی اویلر پسرو محاسبه می شوند. به منظور پیاده سازی این آلگوریتم از کد اجزا ی محدود به زبان fortran77، که توسط کاربر برای حل مسائل با تغییر شکل های کوچک نوشته شده است استفاده می شود. امتیاز اصلی این برنامه، امکان ایجاد تغییرات دلخواه جهت تحت کنترل بودن کلیه قسمت ها ی برنامه می باشد. در ادامه جهت به دست آوردن قانون رشد آسیب مناسب برای مدل غیر محلی، به پیاده سازی مدل آسیب نرم با استفاده از قانون رشد آسیب لمتر و قانون نمایی پرداخته شده است. از آنجایی که در مدل غیر محلی به شبیه سازی رفتار گذار ماده از حالت کار سختی به حالت نرم شدن ماده در فرآیند، که در اثر شروع و رشد آسیب نرم تا نقطه زوال نهایی ماده پرداخته می شود، برای توصیف و ارایه کاربرد بهتر مدل آسیب غیر محلی در جایی که آسیب بحرانی به شدت محلی شده است از قانون نمایی برای رشد آسیب در شبیه سازی مدل های غیر محلی به علت رشد ملایم تر و دستیابی به مقادیر بالای آسیب استفاده شده است. بر اساس این فرمول بندی رشد آسیب در یک نقطه متاثر از مقدار آسیب در یک محدوده مشخص از اطراف آن نقطه است که این محدوده توسط طول مشخصه ماده مشخص می شود. طول مشخصه بیان گر منطقه ای است که در آن آسیب متمرکز و در نتیجه آن پدیده نرم شدگی رخ می دهد. این طول مشخصه یک مقدار مهم برای بدست آوردن جواب های قابل اعتماد جهت بررسی رفتار نرم شدگی در ماده است. استفاده از مدل های غیر محلی می توان به درستی به مدل سازی و شبیه سازی شروع آسیب و رشد آن پرداخت بدون آن که در حل عددی به مشکل هایی از قبیل محلی شدن آسیب، نامطلوب بیان شدن مسئله مقدار مرزی و وابستگی مسئله به اندازه المان به وجود آید. به طور کلی، رویکرد غیر محلی شامل جایگزینی یک متغیر توسط همتای غیر محلی آن بوسیله متوسط گیری آن متغیر در همسایگی آن نقطه است. بنابراین مدل غیر محلی توانایی توصیف تغییرات زیاد کرنش ، را در منطقه محلی شدن تغییر شکل ها دارد. از این مدل می توان برای شبیه سازی فرآیند ماشینکاری با توجه به شرایط خاص این فرآیند پرداخت. به کار گیری مدل آسیب غیر محلی در فرآیند ماشینکاری معیاری صحیح جهت شکست ماده و جدایش المان در شبیه سازی های اجزای محدود فرآیند، ارایه می کند بدون اینکه قبل و بعد از رسیدن به شرایط پایدار در شبیه سازی فرآیند ماشینکاری تغییرات شدید کرنش پلاستیک را شاهد باشیم. استفاده از مدل آسیب غیر محلی بر اساس طول مشخصه داخلی، وابستگی نتایج حاصل از تحلیل عددی به اندازه المان را در فرآیند ماشینکاری حذف می کند و راه حل منحصر به فردی جهت برش براده، اگر بتوان از اثر دما صرف نظر کرد ارایه می کند. در این مدل شکل براده، نحوه جدایش المان توسط رشد آسیب غیر محلی که مستقل از اندازه المان است کنترل می شود.

روش اجزای محدود، به عنوان یکی از کاربردی ترین روش های عددی در علوم مهندسی شناخته می شود. محدودیت های این روش در بررسی رشد ترک در حوزه ی مکانیک شکست، از جمله وابستگی شدید ترک به شبکه ی اجزای محدود، شبکه بندی مجدد و در موارد خاص استفاده از المان های تکینه، دشواری هایی را به همراه دارد. امروزه روش اجزای محدود توسعه یافته، xfem، به عنوان روشی نوین، یکی از کارآترین روش ها در شبیه سازی رشد ترک است. استقلال ترک از شبکه، عدم نیاز به شبکه بندی مجدد و المان های تکینه از مزایای بارز این روش است. در تحقیق حاضر به بررسی این روش در مدل سازی ناپیوستگی ها و چگونگی مدل سازی رشد ترک در حوزه ی مکانیک شکست پرداخته می شود. بررسی رفتار شکست حاکم بر فلزات نرم بر اساس مکانیک شکست کلاسیک، با محدودیت هایی همراه است. وابستگی شدید به هندسه ی ترک و عدم توانایی در ارزیابی شکست مواد با قابلیت شکل پذیری بالا از جمله ی این دشواری ها است. مدل های مکانیک آسیب از جمله مدل هایی بر مبنای مکانیک آسیب پیوسته، cdm، از مناسب ترین روش ها در ارزیابی رفتار شکست در مواد نرم به شمار می آید. در این پایان-نامه، پس از بررسی شبیه سازی رشد ترک به کمک روش اجزای محدود توسعه یافته، مکانیک آسیب جایگزین مکانیک شکست کلاسیک در بررسی رفتار شکست مواد نرم می شود. این ایده با ارایه ی الگوریتمی برای شبیه سازی رشد ترک پیاده سازی می شود. با این الگوریتم پلی بین مکانیک آسیب پیوسته و شکست مواد ایجاد می شود. توانایی های این روش با نتایج تجربی، مورد راستی-آزمایی قرار می گیرد. شبیه سازی رشد ترک در آزمون خمش سه نقطه ای برای فولاد a533b-c1 و تطابق با نتایج تجربی، توانایی های الگوریتم را به صورت برجسته نشان می دهد. در این مسئله مقدار پارامتر بحرانی انتگرال برای این ماده مشخص می شود و با نتایج تجربی مورد ارزیابی قرار می گیرد. در آزمون دیگر، شبیه سازی برای آزمایش کشش فشرده بر روی فولاد a533b-c1 انجام می شود و نتایج بدست آمده مورد ارزیابی قرار می گیرد.

تصادم پرنده با هواپیما که به عنوان "برخورد پرنده" شناخته میشود، پدیدهای معمول و در عین حال خطرناک است. در صنایع هوایی، تلاش میشود سطوح خارجی بالگرد و هواپیما به گونهای طراحی شوند که پرنده را پس از برخورد منحرف و یا انرژی برخورد را تا حد زیادی جذبکنند. به دلیل هزینه زیاد انجام آزمون عملی برخورد پرنده، نیاز به روشهای عددی مدلسازی دقیق، کارا و کمهزینه احساس میشود. با گسترش روشهای عددی در تحلیل مساله برخورد، استفاده از روشهای عددی برای تحلیل برخورد پرنده با مکانهایی از سطح هواپیما که انجام آزمون عملی در آنها هزینهبر و مشکل است، رو به افزایش است. یکی از کاراترین روشهای عددی برای بررسی مساله برخورد پرنده، روش اجزای محدود میباشد. در این پایاننامه، پیشینه کارهای انجامشده در زمینه برخورد پرنده ارایه میشود؛ در ادامه روشهای متداول برای حل مسایل برخورد پرنده، یعنی معرفی شده و معادلات حاکم بر هر یک بیان میشود؛ (sph) و هیدرودینامیک ذرهای هموارشده (ale) لاگرانژ، اویلری-لاگرانژی انتخابی سپس روشهای تئوریکی که تاکنون برای حل مسایل برخورد پرنده ارایهشدهاست، بیان میشود. در ادامه آزمونهای تجربی که از آنها برای 1 کیلوگرم به سطحی / تاییدکردن نتایج عددی استفاده میشود، معرفی و ارایه میشود. برخورد عددی عمود و مورب یک مدل پرنده با جرم 8 در این تحقیق انجامگرفته و نتایج آنها با نتایج نظری و تجربی موجود مقایسه شدهاست. سه sph و ale ، صلب نیز توسط سه روش لاگرانژ روش بهکار گرفتهشده میتوانند برخورد پرنده را با دقت بالایی مدلسازی کنند. تاثیر جهت برخورد پرنده بر روی توزیع فشار روی سطح نیز بررسی شدهاست. یک پرنده میتواند از سمت سر، زیر، دم یا بال به هواپیما برخورد کند. از این رو برای بررسی اثر جهت برخورد پرنده، از دو با هندسه تقریبی و دقیق استفادهشدهاست. نتایج تحلیل نشان میدهد که برخورد از جهت زیر و دم بهترتیب مخربترین و بی- sph مدل خطرترین نوع برخورد هستند. در پایان برخورد پرنده با سازه لبه جلویی دم پایدارکننده هواپیما بررسی میشود. برای این هدف دو نوع لایه- بندی بدون و شامل هستهی فومی درنظر گرفتهمیشوند و برای هریک ضخامتهای بهینه ورقهای آلومینیومی بهدست میآید.

یکی از پارامترهای مهم در فرآیند نورد گرم ورق، تعیین دقیق ضخامت محصول در پایان فرآیند است. تغییر شکل الاستیک اجزای قفسه نوردکه از نیروی زیاد نورد به وجود می آید، تغییرات ضخامت ورق را به همراه دارد. برای افزایش کیفیت ورق خروجی و تعیین دقیق ضخامت نهایی ورق، لازم است تغییر شکل الاستیک اجزای قفسه محاسبه شوند. برای تعیین تغییر شکل قفسه از منحنی کشیدگی قفسه کمک گرفته می شود. در این تحقیق، منحنی کشیدگی یک قفسه نورد گرم در فولاد مبارکه اصفهان به روش اجزای محدود استخراج می شود و به کمک داده های تجربی، که از خط نورد اندازه گیری شده است، مورد راستی آزمایی قرار می گیرد. برای استخراج منحنی کشیدگی، اجزای اصلی تشکیل دهنده قفسه شامل سازه اصلی، غلتک های کاری، غلتک های پشتیبان، سیستم حرکتی، لاینرهای قفسه مدل سازی شده و با اعمال نیروی عمودی نورد منحنی کشیدگی قفسه محاسبه می گردد. نتایج به دست آمده تطابق قابل قبول منحنی کشیدگی استخراج شده به روش عددی را با نتایج تجربی نشان می دهد. در پایان تاثیر پارامترهای مختلف بر روی منحنی کشیدگی قفسه از جمله تاثیر اصطکاک، لقی جانبی و عمودی، تغییر قطر غلتک کاری و تغییر قطر غلتک پشتیبان مورد بررسی قرار می گیرد.

در این تحقیق پیش بینی شکست در بارگذاری خستگی کم چرخه برای آلیاژ آلومینیم 7075-t6 با رهیافت مکانیک آسیب به روش عددی وتجربی صورت می گیرد. ابتدا با معرفی آسیب به تعاریف پایه مکانیک آسیب پرداخته می شود. سپس معادلات ساختاری و مدل آسیب لمتر بر مبنای تغییر مکان کوچک معرفی می شود. در گام بعدی دو آلگوریتم برای حل معادلات معرفی می شود. در یک آلگوریتم ، بهنگام نمودن تنش ها، بدون درنظرگرفتن کارسختی سینماتیکی انجام می گیرد. در آلگوریتم دوم ترکیب کارسختی همسان و سینماتیک در بارگذاری خستگی لحاظ می شود. در ادامه به روش تجربی، پارامترهای آسیب و ضرایب کارسختی، برای آلومینیم 7075-t6، در شرایط تنش سه بعدی هماهنگ با شرایط واقعی، محاسبه می شوند. سپس توانایی آلگوریتم های ارایه شده در پیش بینی رفتار ماده تحت شرایط مختلف بارگذاری و خستگی کم چرخه مورد بررسی قرار می گیرد. آلگوریتم ترکیبی می تواند رفتار ماده را مطابق با نتایج تجربی مدل سازی نماید. در صورتی که آلگوریتم ساده شده قادر به پیش بینی صحیح رفتار ماده بارگذاری خستگی و غیریکنواخت نیست.

مواد مهندسی شامل عیوبی نظیر ترک ها و حفره ها هستند. رشد و به هم پیوستن این ریز حفره ها و ریز ترک ها در فرآیندهای مکانیکی سبب کاهش استحکام مکانیکی مواد می شود. مکانیک آسیب زمینه ی تحقیقاتی جدیدی است که به بررسی چگونگی رشد و توسعه-ی این عیوب و اثر آن بر پاسخ مکانیکی و استحکام ماده می پردازد. مدل آسیب پیوسته با چالش هایی نظیر محلی شدن آسیب و تغییر شکل ها و همچنین وابستگی نتایج تحلیل های عددی به ابعاد شبکه مواجه است. پژوهش ها نشان داده است که وابستگی به ابعاد المان ناشی از پیاده سازی عددی نیست و به تئوری مکانیک آسیب پیوسته برمی گردد که منجر به پدیده فیزیکی غیر قابل قبول و دور از انتظار محلی شدن همه ی رشد آسیب، در یک حجم ناچیز و در نتیجه حصول یک رفتار کاملاً ترد برای ماده می شود. از سوی دیگر آسیب پدیده ای ناهمسان است ولی در مدل های متداول آسیب پیوسته به صورت همسان مدل می شود. علاوه بر این مدل های آسیب ناهمسان موجود به صورت تانسورهای آسیب ارائه شده اند و پیاده سازی این مدل ها و نیز به دست آوردن ضرایب به کار رفته در آن-ها سخت و پیچیده است. هدف از این پایان نامه ارائه یک مدل آسیب ناهمسان غیرمحلی به منظور جبران چالش های موجود در مدل های آسیب پیوسته ی متداول است. در این تحقیق ابتدا مطالعات گسترده ای در زمینه ی مکانیک آسیب و تئوری میکرو-صفحه صورت گرفته است. بیان معادلات ساختاری به روش میکرو-صفحه سبب می شود ماهیت ناهمسان آسیب در معادلات حاکم لحاظ شود. پس از بررسی رویکردهای مختلف آسیب-میکروصفحه، مدل تجزیه ی حجمی-کاهیده به عنوان معادله ی ساختاری انتخاب و روابط تانسوری مربوط به آن توسعه داده شده است. در ادامه بررسی گسترده ای پیرامون آسیب غیر محلی و طبقه بندی های مختلف آن انجام شده است و مدل گرادیان ضمنی به منظور مدل سازی آسیب غیرمحلی در نظر گرفته شده است. در این مدل، یک معادله ی دیفرانسیلی به معادلات حاکم بر سیستم افزوده می شود. در این معادله با فرض متغیری به نام طول مشخصه، اثر یک همسایگی محدود هر نقطه ی مادی در محاسبه ی پاسخ مکانیکی آن نقطه در نظر گرفته می شود. در این پایان نامه با توجه به ماهیت تانسوری معادلات ساختاری میکروصفحه، تک معادله ی دیفرانسیلی گرادیان ضمنی که تنها بر روی یک متغیر اسکالر عمل می کند، به معادله ی تانسوری توسعه داده شده که در آن تانسور کرنش به عنوان متغیر غیرمحلی انتخاب شده است. درادامه تحلیل اجزای محدود مدل آسیب غیرمحلی استخراج شده صورت گرفته است. به این منظور ابتدا صورت ضعیف معادلات تعادل و معادلات گرادیان ضمنی استخراج گردیده است. برای حل هم زمان دو دسته معادله ی حاصل، گسسته سازی اجزای محدود انجام شده و سپس با خطی سازی دستگاه معادلات بیان شده ماتریس سختی و بردارهای نیروی داخلی و خارجی المان استخراج گردیده است. به منظور حل این دستگاه معادلات غیرخطی از روش نیوتن-رافسون و حل گر نرم افزار abaqus استفاده شده است. به این منظور یک زیربرنامه uel به زبان فرترن نوشته شده که شامل یک زیربرنامه ی umat جهت بیان معادلات ساختاری میکرو-صفحه است. در پایان عدم وابستگی نتایج حاصل از این مدل به ابعاد شبکه اجزای محدود با حل یک مسئله ی کرنش صفحه ای تحت کشش ساده نشان داده شده است. نتایج حاصل برای شبکه های اجزای محدود با تعداد متفاوتی المان در یک نمودار رسم شده اند. پاسخ نیرو-تغییرمکان جسم به تعداد المان-ها بستگی ندارد و به صورت یکتا به دست آمده است.

مواد مهندسی شامل عیوبی نظیر ترک ها و حفره های ریز هستند. رشد و به هم پیوستن این ریز حفره ها و ریز ترک ها در فرآیندهای مکانیکی سبب کاهش استحکام مکانیکی مواد می شود. مکانیک آسیب زمینه ی تحقیقاتی جدیدی است که به بررسی چگونگی رشد و توسعه ی این عیوب ریز و اثر آن بر پاسخ مکانیکی و استحکام ماده می پردازد. در این تحقیق یک مدل مناسب به منظور مدل سازی آسیب در مواد شبه ترد با استفاده از تئوری میکرو صفحه و کاربرد روش اجزا محدود ارائه شده است. در گام اول به معرفی رویکردهای مختلف تئوری میکرو-صفحه و سیر تکاملی کاربرد آن ها پرداخته شده است. رویکردهای اولیه ی میکرو-صفحه از جمله رویکرد میکرو-صفحه با تجزیه ی یک مولفه ی عمودی و دو مولفه ی برشی، رویکرد تجزیه ی یک مولفه ی عمودی و یک مولفه ی برشی و نیز رویکرد تجزیه ی حجمی کاهیده مماسی از نظر ترمودینامیکی قابل قبول نبوده به همین دلیل فرمول بندی آنها از نظر مکانیک محیط های پیوسته قابل قبول نیست. اگر چه این رویکردها نیز در مواردی منجر به دست یابی به پاسخ صحیح می شوند. در ادامه با ارائه فرمول بندی میکرو-صفحه با تجزیه ی حجمی-کاهیده و بررسی یکسان بودن آن با معادلات تئوری الاستیسیته ی خطی، سازگاری ترمودینامیکی این مدل تأیید شده است. در ادامه مدل آسیب مواد شبه ترد نظیر بتن به کمک تلفیق مدل میکرو-صفحه با یک مدل آسیب مناسب استخراج شده با استفاده از اصول کلی مکانیک آسیب پیوسته، ارائه شده است. مزیت این فرمول بندی توانایی بی نظیر آن در مدل کردن آسیب به عنوان کمیتی ناهمسان در ماده به شیوه ی ضمنی و ساده و به دور از محاسبات ریاضی و تانسوری پیچیده است. این قابلیت با وابسته فرض کردن پارامترهای آسیب هر میکرو-صفحه به راستای بردار نرمال آن میکرو-صفحه در هر نقطه ی مادی نشان داده شده است. تفاوت عمده ی تحقیق حاضر با آنچه در تحقیق های قبلی صورت گرفته نیز همین بیان ناهمسان آسیب میکروصفحات گذرنده از هر نقطه ی مادی است. در مدل های قبلی برای ساده سازی حل عددی، پارامترهای آسیب میکروصفحات گذرنده از یک نقطه ی مادی ثابت فرض شده است. در برخی موارد نیز از رویکردهای پیشین تئوری میکروصفحه برای توصیف آسیب استفاده شده است که این موارد به دلیل عدم سازگاری مدل های پیشین میکرو-صفحه با برخی اصول کلی مکانیک محیط های پیوسته و تنها با تکیه بر ارائه ی پاسخ صحیح، فاقد قابلیت اعتماد بالا است. در ادامه برای ارزیابی نتایج حاصل از مدل ارائه شده و نیز به منظور اعتبارسنجی مدل پیشنهادی، مدل آسیب ماکروسکوپیک با رویکرد مکانیک آسیب پیوسته تحلیل و پیاده سازی شده و نتایج آن با نتایج حاصل از مدل میکرو-صفحه مقایسه و مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور پیاده سازی مدل میکرو-صفحه ی ارائه شده و مدل آسیب ماکروسکوپیک دو زیربرنامه به زبان فرترن مبتنی بر روش اجزا محدود نوشته شده است. امتیاز اصلی این زیربرنامه ها بکارگیری آنها در نرم افزار abaqus و استفاده از حل گر قوی این نرم افزار است. با حل دو مسئله ی نمونه کشش ساده و برش ساده برای حالت کرنش صفحه ای با دو فرمول بندی آسیب میکرو-صفحه با تجزیه ی حجمی-کاهیده و فرمول بندی آسیب پیوسته به صورت ماکروسکوپیک نتایج حاصل از مدل ارائه شده تأیید و مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحلیل ها انطباق و مشابهت بسیار نزدیکی بین نتایج حاصل از دو روش شبیه سازی مذکور مشاهده شد.

گاز طبیعی از نظر اقتصادی، سوختی با صرفه و کم هزینه با منابعی فراوان است و از طرف دیگر آلودگی های احتراق آن نسبت به سایر سوخت های فسیلی رایج کمتر است. یک مسئله اساسی هنگام استفاده از سوخت گاز طبیعی در خودرو، ذخیره سازی آن است. مخازن cng جهت ذخیره سازی سوخت در فشار بالا و در خودروهایی با سوخت گاز طبیعی فشرده مورد استفاده قرار می-گیرد. مخازن cng با توجه به جنس به کار رفته در آن به چهار دسته تفکیک می شوندکه مخازن فولادی، پر کاربردترین نوع در میان این مخازن هستند. سه روش شناخته شده برای تولید مخازن فولادی وجود دارد به طوری که تفاوت آن ها در شکل ماده خام اولیه است. ایمنی، از مهمترین مباحث در طراحی و تولید این مخازن است. مخازن تمام فلزی نسبت به دیگر مخازن تکنولوژی به مراتب شناخته شده تری داشته و بنابراین از قابلیت های عملکرد ایمن بیشتری برخوردار هستند. باتوجه به اهمیت حفظ ایمنی و کاهش نگرانی سرنشینان خودروهای گازسوز به دلیل حوادث ناشی از برخورد مخزن cngبا موانع به ویژه در اثر تصادفات، لازم است شرایط برخورد مخازن قبل از به کارگیری مورد بررسی قرارگیرد. هزینه ی بالا و پرخطر بودن آزمایش های تجربی، استفاده از روش های عددی را اجتناب ناپذیر ساخته است. درتحقیق حاضر با رویکرد مکانیک آسیب به بررسی اثر تصادم و آسیب ناشی از برخورد مخزن cng فولادی تحت فشاردر نرم افزار abaqus پرداخته شده است. معیار شناسایی آسیب و قابلیت به کارگیری مجدد مخزن پس از برخورد مطابق استاندارد csa در مخازن cng انتخاب شده است. شبیه سازی صدمات وارد بر مخزن در تصادف و سقوط خودرو با به کارگیری مدل آسیب جانسون وکوک که از مدل های کارآمد در زمینه برخورد است، انجام شده است. شبیه سازی ها در جهت های مختلف برخورد انجام شده و تاثیر فشار داخل مخزن، سرعت تصادم و ارتفاع سقوط مورد تحلیل قرار گرفته و آسیب ناشی از برخورد برای حالت های مختلف بررسی شده است. بررسی های صورت گرفته برای حالت های مختلف برخورد شامل سقوط و تصادف نشان می-دهد بیشترین آسیب در حالت برخورد عمودی ایجاد می شود و با تغییر زاویه برخورد از امتداد عمودی به افقی، صدمه وارده به مخزن کمتر خواهد بود. با حذف المان های آسیب دیده و با مقایسه عمق آسیب دیدگی ناشی از برخورد، با استاندارد csa مشاهده می شود که در بیشتر حالت های تصادف و سقوط عمودی، مخزن دچار آسیب شده و قابلیت استفاده خود را از دست می دهد در صورتی که در حالت های برخورد افقی، مخزن بدون عیب باقی مانده و یا با تعمیر قابلیت به کارگیری مجدد را داراست. نتایج حاصل از تحقیق نشان می دهد، در تصادم افقی به دیواره پشتی مخزن و در تصادم عمودی به عدسی مقابل مخزن آسیب بیشتری وارد شده و ناحیه بحرانی برخورد محسوب می شوند. برای یک جهت خاص هنگام برخورد در فشار داخلی کمتر، سرعت برخورد و ارتفاع سقوط بالاتر صدمه واردشده بیشتر خواهد بود. همچنین نمودارهای بدست آمده نشان می دهد، نواحی آسیب دیده مخزن در اثر برخورد به طور غالب تحت فشار هستند و کرنش پلاستیک بالایی را متحمل شده اند. نزدیکی نتایج حاصل از حل مساله مورد نظر با شبکه بندی های مختلف، نشان دهنده عدم وابستگی و حساسیت روش حل به نحوه شبکه بندی است.

خستگی یکی از مهم ترین انواع شکست موجود در مهندسی است. خودرو ها، کشتی ها، هواپیما ها، پمپ ها و پل ها از جمله سازه-هایی هستند که در معرض آسیب های ناشی از این پدیده می باشند. لوله های انتقال گاز نیز همواره با نوسانات فشار گاز داخلی همراهند. از طرفی عوامل متعددی ممکن است سبب ایجاد ترک های پیش بینی نشده ای در بدنه این لوله ها گردد که منجر به شروع فرایند خستگی می شود. وجود نواحی دارای تنش پسماند حاصل از جوشکاری در این لوله ها می تواند منجر به افزایش نرخ رشد ترک خستگی در آن ها گردد. هدف این تحقیق شبیه سازی ترک مذکور با استفاده از روش اجزای محدود توسعه یافته و تعیین عمر خستگی لوله می باشد. بدین منظور ابتدا با استفاده از یک آنالیز ترمو الاستیک-پلاستیک در نرم افزار abaqus مقدار و توزیع تنش پسماند ایجاد شده در فرایند جوشکاری لب به لب دو لوله از جنس api 5l-x70 محاسبه شد. سپس در نواحی جوشکاری شده لوله، یک ترک نیم بیضوی با ابعاد مشخص در صفحه شعاعی و در امتداد محور لوله، به گونه ای که قطر بزرگتر آن مماس با سطح داخلی لوله باشد در نظر گرفته شد. فشار داخلی و تنش پسماند ناشی از جوشکاری لوله به عنوان بار خارجی به مدل اعمال شده و به کمک مکانیک شکست الاستیک خطی، عمر لوله دارای ترک محاسبه گردید. نتایج روش ارائه شده تا حد امکان با نتایج تجربی و تحلیل های نظری مقایسه شده که تطابق خوبی را نشان می دهد

با گسترش استفاده از اجزای محدود و توسعه مفاهیم مربوطه استفاده از نرم افزارهای آنالیز اجزای محدود به علت پیچیدگی های ذاتی در فرایندهای هیدروفرمینگ لوله به عنوان یک ضرورت مطرح گردیده است و روز به روز بر تعداد مقالات مرتبط افزوده می شود .هدف از معرفی ارتعاشات التراسونیک در فرایند هیدروفرمینگ لوله افزایش شکل پذیری ایجاد شرایط روانکاری بهتر درمرز لوله و قالب است. شکل دهی لوله با ابعاد مختلف و اشکال پیچیده به طور وسیعی در صنایع مختلف کاربرد دارند تولید بعضی از این قطعات با روش های معمول نیازمند فشاربالا ونیروی شکل دهی بالا و احتمال پارگی بیشتر می باشد. از این رو در این پایان نامه روش جدیدی برای شکل دهی لوله ها با استفاده از ارتعاشات التراسونیک مورد بررسی قرار داده شده است در این پروژه روش اجزای محدود برای طراحی سیستم هیدروفرمینگ لوله با ارتعاشات التراسونیک و شرایط مرزی مناسب که حداکثر اثرات مفید را از ارتعاشات التراسونیک بدهد مورد استفاده قرار می گیرد.روش اجزای محدود برای طراحی سیستم هیدروفرمینگ لوله با ارتعاشات التراسونیک جهت ایجاد شرایط مرزی مناسب که حداکثر اثرات مفید را از ارتعاشات التراسونیک بدهد مورد استفاده قرار گرفت.در شبیه سازی های صورت گرفته در زمینه اضافه کردن ارتعاشات به ابزار، آقای داد و همکاران اثر ارتعاشات التراسونیک را روی آزمایش کشش و فشار آلومینیوم بررسی کردند برای این منظور با اعمال جا به جایی به ابزار در نرم افزار آباکوس مدل سازی کردند.آقای داد و همکاران بار دیگر در سال 2007 ارتعاشات را روی فرایند اکستروژن به کار بردند. محققان ارتعاشات را به صورت جا به جایی به قالب شبیه سازی کرده بودند.آقای چونگ و همکاران فرآیند کشش سیم را به همین صورت شبیه سازی نمودند. در نتیجه به منظور شبیه سازی ارتعاشات التراسونیک در فرآیند هیدروفرمینگ لوله، ارتعاشات به صورت جا به جایی درشبیه سازی ها منظور می گردد. در این پژوهش لوله به صورت دو بعدی و قالب به صورت صلب در نظر گرفته شده است و تاثیر ارتعاشات التراسونیک بر روی شکل دهی لوله مورد بحث و مطالعه قرار گرفته است .از نتایج به دست آمده از مدل متقارن محوری مشاهده شد که استفاده از ارتعاشات التراسونیک نیروی شکل دهی را کاهش داده و باعث افزایش قطر شکل دهی می شود .همچنین از نتایج به دست آمده از مدل دو بعدی مشاهده شد که ارتعاشات التراسونیک کاهش شعاع گوشه را به دنبال دارد

در این تحقیق قابلیت های سیستم ترمز ضدقفل در بهبود فرایند کشش عمیق مورد بررسی قرار گرفته است. در این روش ورق گیر بطور متوالی ورق را در حین مرحله شکل دهی، با فرکانس نسبتاً پایین نگه می دارد و رها می کند.برای بررسی اثر این روش از تحلیل المان محدود به کمک نرم افزار abaqus/explicit استفاده شده است. شبیه سازی بر روی ورق آلومینیوم aa5754-o انجام شده است. مدل سازی شامل ورق به عنوان قطعه ی شکل پذیر و سه قطعه ی صلب قالب، ورق گیر و سنبه است. از اصطکاک کولمب بین قطعات صلب و رق استفاده شده است. نتایج حاصل از این تحلیل ها نشان می دهد که استفاده از سیستم ترمز ضدقفل باعث افزایش عمق کشش و کاهش چشمگیر ارتفاع گوشواره ها می گردد. نتایج نشان می دهد افزایش دامنه ی نوسان تأثیر مستقیم بر افزایش عمق کشش دارد. ولی این افزایش تا حدی می تواند موثر باشد. اثر فرکانس کاملاً وابسته به دامنه ی نوسانات است؛ هر چه دامنه افزایش یابد تأثیر تغییرات فرکانس بیشتر است. در یک دامنه ی ثابت افزایش فرکانس تا مقداری مشخص سبب افزایش عمق می شود و بعد از آن افزایش فرکانس اثر منفی دارد. بهترین فرکانس در هر دامنه با افزایش دامنه کاهش می یابد. افزایش دامنه و فرکانس سبب کاهش ارتفاع گوشواره ها می گردد. همچنین نشان داده شد که سیستم ضدقفل برای ورق ها و سنبه های مربعی تأثیر بیشتری دارد. اثر استفاده از سیستم بر روی نیروی سنبه و توزیع ضخامت بررسی شد. بررسی ها نشان می دهد نیروی نوسانی ورق گیر سبب القای نوسان به نیروی سنبه می گردد. در پایان اثر فرکانس های بسیار پایین بررسی شده است. هنگامی که ورق گیر با فرکانس بسیار پایین نوسان کند فاز نوسان بر عمق کشش اثر می گذارد. با کنترل لحظه ی شروع نوسان با فرکانس های بسیار پایین می توان ورق گیر را به گونه ای به نوسان درآورد که هنگامی که نیروی سنبه به بیشینه ی مقدار خود برسد، گپ ورق گیر در ماکزیمم مقدار خود باشد. بدین ترتیب حد نسبت کشش افزایش می یابد.

تحقیق حاضر به بررسی رفتار فولادهای دوفازی می پردازد. فولادهای دوفازی که بیشتر در صنایع خودروسازی استفاده می شوند، اخیرا موضوع مطالعات فراوانی قرار گرفته اند. اکثر مطالعات با هدف بهبود خواص مکانیکی و ایجاد درکی از مکانیزم شکست این مواد صورت پذیرفته است. در مطالعه حاضر پیش بینی رفتار مکانیکی فولاد دوفازی در ابعاد میکرو بررسی شده است. به این منظور از آزمایش های تجربی و شبیه سازی میکرومکانیک استفاده شده است. در ابتدا فولاد دوفازی مورد نظر به روش عملیات حرارتی تولید شده و نتایج حاصل از آزمایش کشش و تصاویر از میکروساختار فولادی که دچار شکست شده، ارائه گردیده است. برای شبیه سازی میکرومکانیک از دو روش استفاده شده است به گونه ای که در روش اول مدلی متناظر با تصاویر میکروساختار فولاد و به کمک روش پردازش تصویر تولید می شود. در روش دوم مدلی تصادفی به کمک روش المان گسسته ارائه گردیده است. در این روش توزیع فازها و اندازه دانه ها متناظر با تصاویر گرفته شده از ریز ساختار می باشد و همچنین مرزدانه بر اساس درصد حضور در فولاد مدل می شود. در بخش بعدی با در نظر گرفتن مدل آسیب برای فاز نرم و مرزدانه ، شبیه سازی میکرومکانیک به روش اجزا محدود انجام گرفته است. در این قسمت سعی بر آن بوده است که پارامترهای مدل آسیب برای فولاد مورد تحقیق به روش کالیبراسیون محاسبه شود. در نهایت با استفاده از مقایسه نتایج تجربی و شبیه سازی، تحلیلی دقیق تر از مطالعات پیشین درباره مکانیزم ایجاد حفره و شروع آسیب در فولاد های دوفازی با در نظر گرفتن ساختار این مواد ارائه شده است. در این قسمت از اهمیت مرزدانه در پیش بینی رفتار ماده در زمانی که دچار شکست می شود، سخن به میان آمده است به گونه ای که جوانه زنی حفره ها در این منطقه اتفاق می افتد و در ادامه رشد حفره و اتصال آن ها به یکدیگر موجب زوال در ماده می شود. نتیجه این مطالعات به ایجاد درک جدیدی در تحلیل رفتار فولادهای دوفازی کمک می کند که در شاخه میکرومکانیک قابل گسترش است.. نتیجه این مطالعات به ایجاد درک جدیدی در تحلیل رفتار فولادهای دوفازی کمک می کند که در شاخه میکرومکانیک قابل گسترش است.

بخشی از مشکلات و عدم تحقق پایداری در طرح ساخت مسکن بلندمرتبه به بازشناخت فرهنگ بومی و معیار‎های آن باز می‎گردد. توجه به معماری بومی در این پژوهش از دیدگاه هایی سرچشمه می گیرد که به پایداری اجتماعی بناها منجر می شود. همچنین پژوهش در میان رویکردهای پایداری‎اجتماعی به نگاه رفتار شناسانه می پردازد. بدین معنی که انسان را در رفتار‎هایش جستجو کرده و با شناخت رفتار‎های او، معیارهای آفریدن فضایی که با پایداری اجتماعی مطابقت داشته باشد پدید می آورد. از آنجایی که پژوهش به بومی سازی ساختمان‎های مسکونی بلند‎مرتبه شهری می پردازد، سوال پژوهش نخست این است که، آیا الگوهای موجود در این ساختمان‎ها پاسخگوی نیازهای امروزین ماست؟ و دوم اینکه، اصول و معیار های طراحی ساختمان های بلند با رویکرد مبتنی بر فرهنگ بومی چیست و چگونه می توان در طراحی ساختمان‎های بلند شهری مورد استفاده قرار گیرد؟ با بررسی های صورت گرفته معیارهای متنوعی در شکلگیری یک مجتمع مسکونی بلند مرتبه و پایدار با رویکرد رفتارشناسانه یافته شد که پژوهش به سه محور برجسته‎تر تمرکز یافت. این سه محور تحت عنوان «حریم»، «فضای باز»و «خود‎بسندگی» بررسی شدند که نتیجه بررسی ها به اجمال عبارتند از: حریم: حریم یا قلمرو به محدودیت سلسله مراتبی از دسترسی ارتباط افراد با یکدیگر گفته می شود و وظیفه اندام های معماری تنظیم این محدوده هاست تا حیطه قلمرو رفتاری به صورت شفاف آشکار شود. فضای باز: قلمرو خانواده ایرانی شامل یک فضای باز خصوصی است که در آن بخش مهمی از رفتارها و تعاملات خانواده شکل می‎گیرد. خود‎بسندگی: مجتمع مسکونی به جریانی از ارتباطات فعال نیازمند است که سطح دسترسی افراد با سلسله مراتب نزدیک شدن به فضای خصوصی خانه به تدریج محدود گردد. همچنین مجتمع مسکونی به مجموعه از فضاهای جانبی در سه گروه فرهنگی و مذهبی، خدماتی و تجاری، تفریحی و ورزشی نیازمند است. این پژوهش با استفاده از پارادایم آزادپژوهی و روش تحقیق تحلیلی- توصیفی در میان مجتمع‎های مسکونی سراسر جهان با توجه به فرهنگ بومی ایران انجام شده است. در طراحی مجتمع مسکونی باغ گل، بخشی از الگوهای شکلی و همچنین ارتباطی معمول در ساختمان های بلند مرتبه تغییر کرد و به نحوی ارتقاء یافت که با خواسته های نخستین پژوهش مبنی بر مطابقت آن با الگوهای فرهنگ بومی منطبق باشد. اما می توان گفت بومی سازی کیفیتی نیست که با یک الگوی کلی بتوان آن را بدست آورد بلکه نیازمند یک فرآیند پیوسته در هر پروژه می باشد. نتایج حاصل از این قسمت الگوهایی را تبیین کرد که براساس آن نمونه هایی از مجتمع های مسکونی در سراسر جهان بررسی شدند، در فصل سوم چکیده ای از بهترین نمونه های بررسی شده و نحوه پاسخگویی آنها به سه ویژگی مورد نظر پژوهش طرح شد و نتیجه این فصل ارائه الگوهای شکلی موفقی در زمینه ویژگی های مورد نظر شد. در نهایت با توجه به تجزیه و تحلیل ها انجام گرفته در شرایط پروژه، برنامه فیزیکی و پهنه مورد بررسی برخی از الگوهای شکلی برای تحقق اهداف انتخاب شدند و بر اساس فرآیند طراحی برنامه ریزی شده الگوی نهایی ارائه شد.

تعاریف متعددی برای آلیاژهای حافظه دار ارائه شده است، ولی در ساده ترین تعریف می توان گفت آلیاژهای حافظه دار موادی هستند که می توانند در اثر گرما تغییر فرم های ماندگار حاصل از بارگذاری را در بازیابی نمایند. البته این ویژگی تنها یکی از خواص منحصر به فرد این مواد است که به رفتار حافظه داری معروف است. رفتار دیگر این مواد حالت شبه الاستیک است که در آن کرنش حاصل از بارگذاری در دماهای بالا با حذف بار بازیابی می شود. امروزه آلیاژهای حافظه دار کاربردهای متنوعی داشته ودر صنایع مختلفی همچون پزشکی، هوافضا و روباتیک استفاده می شوند. در این پایان نامه رفتار ترمو مکانیکی این آلیاژها در حالت شبه-الاستیک مورد بررسی قرار گرفته است. از آنجا که این آلیاژها به شکل سیم گرد کاربرد بسیاری دارند، به شبیه سازی رفتار سیمی از جنس این آلیاژها تحت کشش ساده پرداخته شده است. امکان ایجاد شکل رایج استخوان سگ در نمونه های کشش این مواد به دلیل تغییری که در رفتار این مواد ایجاد کرده و از طرفی مانع مدل سازی دقیق رفتار واقعی این مواد می شود وجود ندارد. از طرفی استاندارد کاربردی و مدونی برای تست کشش نمونه های گرد ارائه نشده است؛ لذا در ابتدا با شبیه سازی اجزای محدود کشش ساده، محدوده ی نیروی لازم در فک های دستگاه جهت جلوگیری از لغزش ارائه شد. از طرفی تمرکز تنش ناشی از فک ها می تواند تاثیر مهمی بر رفتار این مواد داشته باشد. لذا بررسی مختصری در مورد میزان و گستره نفوذ تمرکز تنش ناشی از فک ها انجام شد و بر اساس آن حداقل طولی برای نمونه تست کشش ارائه گردید. برای مدل سازی رفتار این مواد هنگام کشش، ابتدا وابستگی توزیع تنش به رفتار ماده و شرایط تست بررسی شد و توزیع تنش در طول سیم الاستیک با حل اجزای محدود بدست آمده و در مدل سازی کشش سیمی از جنس آلیاژ حافظه دار مورد استفاده قرار گرفت. در ادامه با استفاده از یک مدل ترمومکانیکی که توزیعی برای دما در طول نمونه در طی کشش ارائه می دهد و توزیع تنش حاصل از حل اجزا محدود، به بررسی رفتار این مواد پرداخته شد. در نهایت مدلی برای محاسبه توزیع تنش هنگام کشش ارائه شد و به این ترتیب استفاده از حل اجزا محدود برای محاسبه توزیع تنش به محاسبه توزیع سطح مقطع سیم قبل از شروع کشش که رفتار ماده هنوز الاستیک است، محدود گردید. به این ترتیب توزیع سطح مقطع پس از بسته شدن فک ها از حل اجزا محدود بدست آمده و در گام های بعد توزیع سطح مقطع و توزیع تنش، با کمک این مدل هنگام حل محاسبه می شوند. با در نظر گرفتن این توزیع سطح مقطع همراه با توزیع دما، رفتار این مواد در کشش مدل شد. منحنی های تنش-کرنش اسمی و کرنش اسمی-کرنش محلی بدست آمده و با نتایج تست های تجربی مقایسه شدند. در انتها توانایی مدل در پیش بینی تاثیر تغیییر خواص ماده و شریط محیطی مورد بررسی قرار گرفت.

آلیاژهای تیتانیوم در مقایسه با سایر مواد آلیاژی از قبیل فولادها و آلیاژهای آلومینیوم، مواد سازه ای جدیدتری هستند که به دلیل وجود ویژگی های منحصربه فرد، کاربرد این مواد در صنایع مختلف، بخصوص صنایع هوافضا بطور گسترده‎ای روزبه روز در حال افزایش است. از آن جائی که قابلیت فرم‏‎دهی آلیاژهای تیتانیوم در دمای محیط بسیار پایین بوده و برگشت فنری آن به شدت زیاد است، بنابراین برای فرم‏‎دهی این آلیاژها باید از فرم‏‎دهی گرم استفاده کرد. نتایج آزمایش های کشش انجام شده بر روی آلیاژti-6al-4v در دماهای بالا نشان می‎دهد که این آلیاژ در دماهای بیش از c ?900 )در محدوده ی استحاله فازی این ماده(دارای فرم‏-پذیری خوبی است و برگشت فنری این آلیاژ نیز بهبود مناسبی می یابد. سوپرپلاستیک ها، دسته ی خاصی از جامدهای پلی کریستالی هستند که قابلیت دستیابی به افزایش طول یکنواخت و بسیار زیاد ( قبل از شکست نهایی) را دارا می‎باشند. این ازدیاد طول در بسیاری از سوپرپلاستیک‎ها معمولاً بالغ بر 200% و در مواردی بیش از 1000% اندازه گیری شده است. تنش تسلیم کم (البته در مقایسه با تنش ایجاد شده در سایر مواد دارای رفتار پلاستیک)و حساسیت بسیار زیاد مقدار تنش به نرخ کرنش، اصلی ترین ویژگی های تغییرشکل این نوع مواد می‎باشد. دانه بندی ریز و هم محور، انتخاب دمای فرم‎دهی مناسب (به گونه‎ای که حداقل بزرگ تر از نصف دمای ذوب ماده باشد)و کنترل دقیق اعمال نرخ کرنش، از حیاتی ترین و ضروری-ترین ملزومات برای فرم‎دهی سوپرپلاستیک‎ها محسوب می شوند. مقدار بهینه نرخ کرنش بسته به نوع ماده، تغییر می‎کند، اما به طور کلی این مقدار کم و در حدودs-1 1.0e-2 تا 1.0e-5 s-1 می‎باشد. کشش عمیق به روش گرم، یکی از روش هایی است که می توان به کمک آن و با استفاده از خواص مواد سوپرپلاستیک به تولید محصولات مختلفی دست یافت که از طریق بسیاری از روش های دیگر قابل تولید نیست. معمولاً دما در این روش بالاست و به همین سبب روش گرم نامیده می شود. امروزه به کمک نرم افزارهای شبیه سازی، علاوه بر زمان، از طریق کاهش دورریز و ضایعات در هزینه نیز صرفه جویی چشمگیری می شود. از اهداف این پایان نامه شبیه سازی فرایند فرم‏ دهی کشش عمیق به روش گرم ورق آلیاژی ti-6al-4v و بررسی عوامل تأثیرگذار بر نحوه ی انجام فرایند می باشد. در این پژوهش، ابتدا مقدمه ای از روش انجام فرایند، معرفی ماده، بررسی معادلات حاکم پیشنهادی و در نهایت انتخاب معادله متشکله مناسب منطبق با شرایط فرم‏ دهی انجام می پذیرد و سپس به انجام شبیه سازی فرایند کشش عمیق گرم ورق ti-6al-4v و ایجاد یک قطعه ای فنجانی شکل پرداخته شده است و در پایان نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج تجربی سایر محققین بررسی می شوند.

به منظور ساخت قطعات پیچیده از موادی با خواص مکانیکی مطلوب و وزن کم که کاربرد زیادی در صنایع خودروسازی و هوافضا دارند از فرآیندهای شکل دهی در دماهای بالا استفاده می شود. در شکل دهی در دمای بالا، رفتار مواد، وابستگی زیادی به نرخ تغییرشکل و اندازه دانه دارد. رفتار موادی با دانه بندی کوچک تر از جمله نانوکریستال ها، در دمای محیط نیز به نرخ تغییرشکل و اندازه دانه وابستگی زیادی دارد. استفاده از این مواد در سال های اخیر به دلیل خواص منحصر به فرد آن ها مورد توجه قرار گرفته است. علاوه بر وابستگی رفتار به نرخ تغییرشکل و اندازه دانه شباهت های میکروساختاری نیز در تغییرشکل مواد گرم و نانوکریستال ها مشاهده شده است. در این دو گروه از ماده مکانیزم های متعددی همچون تغییرشکل داخل کریستال ها ناشی از حرکت نابجایی ها، لغزش در مرزدانه ها و پدیده پخش اتم ها در مرزدانه ها تغییرشکل ماده را بوجود می آورند و این تغییرشکل با تغییراتی در اندازه دانه-ها نیز همراه است. در رساله حاضر به بررسی هر یک از این مکانیزم ها در این دو گروه از ماده پرداخته می شود. با بررسی این مکانیزم ها و معادلات حاکم بر آن ها روابط متشکله ای که در برگیرنده اثرات نرخ کرنش ماکروسکوپیک و اندازه دانه بر تنش جریان ماکروسکوپیک باشد برای هر یک از این مکانیزم ها ارائه می گردد. در نهایت اثر مکانیزم های غالب در یک معادله متشکله جدید با رویکرد میکروساختار که توانایی تحلیل مسائل ماکرو را دارد ارائه می گردد. علاوه بر اینکه از این مدل انتظار می رود که با در نظر گرفتن مکانیزم های ریزساختار ماده فهم بهتر رفتار ماده را میسر سازد این مدل باید پاسخگوی تمامی پدیده های تاثیرگذار ماکرو مشاهده شده در مواد وابسته به نرخ کرنش مانند وابستگی به نرخ کرنش، اندازه دانه و سخت شوندگی ماده باشد و بتواند رفتار ماده در گستره وسیعی از این پارامترها و همچنین در حالت های سه بعدی تنش را با حجم محاسبات کم پیش بینی کند. معادلات متشکله ارائه شده در موادی که در دماهای بالاتر از نصف دمای ذوب تغییرشکل می دهند و در مواد نانوساختار مورد استفاده و راستی آزمایی قرار می گیرد و توانایی های این معادلات در پیش بینی صحیح رفتار هر یک از این مواد در شرایط مختلف بررسی می-شود. همچنین این معادلات رفتار های مختلف مکانیکی مشاهده شده در نانوکریستال ها مثل اثر معکوس هال-پچ، وابستگی شدید به نرخ کرنش و افزایش این وابستگی با کاهش نرخ کرنش و تفاوت رفتار در کشش و فشار را پیش بینی می کنند. همچنین با استفاده از مزیت این معادلات در پیش بینی سهم مکانیزم های میکروساختاری در تغییرشکل مدلی به منظور پیش بینی شروع حفره در شکل دهی سوپرپلاستیک ارائه می گردد.

امواج فراصوت دسته ای از موج های مکانیکی هستند که بسامد آ ن ها بیش از20 کیلوهرتز است. این امواج به روش های مختلفی تولید می شوند که از رایج ترین آن ها می توان به روش های مکانیکی، پیزوالکتریک و الاستیسیته مغناطیسی اشاره نمود. از مهم ترین نواقص مشترک این روش ها می توان به تماسی بودن آن ها اشاره نمود و اینکه نمونه باید کاملاً قابل دسترس باشد. بنابراین، نیاز به یک روش غیرتماسی را ایجاب می کند که در نواحی غیرقابل دسترس و برای نمونه های داغ از آن استفاده گردد. روشی که در حال حاضر برای رفع چنین مشکلی ارایه شده روش لیزر- فراصوت (laser-ultrasonics technique) است. در روش تولید امواج فراصوت به وسیله لیزر از انرژی لیزر برای تولید امواج فراصوت در مواد مختلف استفاده می شود. از آنجایی که از پرتو لیزر برای تولید و دریافت امواج استفاده می شود، نیاز به هیچ گونه اتصال مکانیکی با نمونه نیست. تنها نیاز برای تولید فراصوت در یک نمونه قابل دسترس بودن پرتو لیزر است. همچنین دیگر مزیت این روش تولید امواج فراصوت به طور همزمان است. به طور کلی دو مکانیزم در این روش برای تولید موج فراصوت است که بسته به چگالی توان لیزر به دو مکانیزم ترموالااستیک و مکانیزم برش تقسیم بندی می شوند. هدف اصلی در این پایان نامه مطالعه تولید امواج فراصوت به وسیله لیزر به منظور دست یابی به درک عمیق تری از این فرایند به عنوان یک روش غیر مخرب برای بازرسی مواد است. جهت نیل به هدف فوق انتشار امواج فراصوت به وسیله لیزر در یک محیط مجازی حاصل از میدان دمایی و جابجایی شبیه سازی شده است. در تحقیق حاضر، مطالعه وابستگی دمایی پارامترهای ترموفیزیکی ماده و بررسی پارامترهای لیزر بر امواج صوتی سطحی تولید شده به وسیله لیزر در ورق های آلومینیوم با انجام یک تحلیل ترموالاستیک به صورت عددی محاسبه شده است. در این پایان نامه، به روش اجزای محدود، میدان دمایی و جابجایی حاصل از امواج فراصوت تولید شده به وسیله لیزر شبیه سازی شده است. برای این هدف ابتدا میدان دما با استفاده از روش اجزای محدود محاسبه شده است و شار حرارتی به کمک یک زیربرنامه به مدل اعمال گشته است. در ضمن، شار حرارتی اعمالی از نوع گوسی است. سپس امواج صوتی سطحی در ورق آلومینیوم حاصل از میدان دمایی محاسبه خواهند شد. در این شبیه سازی از روش کوپلینگ میدان های متوالی استفاده شده است. در ادامه مکانیزم برش که برای کاربردهای خاص و مواردی که آسیب در سطح نمونه اهمیت نداشته باشد، مدل شده و نتایج مربوط به آن استخراج می شود. در ادامه ضمن ارایه یک سیستم تجربی مرتبط، نحوه ارزیابی عیوب سطحی و داخلی به روش انکسار زمان پرواز (time of flight diffraction) ارایه گشته و روشی برای یافتن عیب داخلی در نمونه ارایه می شود. جهت ارزیابی صحت نتایج به دست آمده، نتایج حاصل از شبیه سازی مدل فوق با نتایج حاصل از نتایج عددی دیگر مراجع معتبر مقایسه شده است. بررسی نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهد که امواج صوتی سطحی به تغییرات پارامترهای لیزر از جمله زمان تاخیر پالس لیزر و شعاع پرتو لیزر حساس بوده و می توان به کمک شبیه سازی انجام شده بهترین پارامترهای آزمایشی را برای لیزر انتخاب نمود.

تحقیق حاضر به بررسی رفتار فلزات پلی کریستال در دو سطح نانو و میکرو می پردازد. مشاهدات تجربی بر روی مواد پلی کریستال نشان می دهد که مواد نانوکریستال در مقایسه با مواد میکروکریستال وابستگی شدیدتری به نرخ کرنش و اندازه دانه دارند. در این تحقیق، خواص مکانیکی مواد پلی کریستال در این دو سطح مطالعه و برای آنها معادلات ساختاری یکپارچه ای ارائه گردید. برای پیش بینی رفتار مکانیکی وابسته به نرخ کرنش و اندازه دانه مواد پلی کریستال، از مدل چگالی نابجایی استفاده گردید. در مواد نانوکریستال، دانه و مرزدانه به عنوان دوفاز مجزا درنظر گرفته شدند. برای مدل سازی رفتار مکانیکی فاز دانه مواد نانوکریستال از مدل چگالی نابجایی و مکانیزم نفوذ و برای بیان تغییرشکل مرزدانه مدل الاستو-ویسکوپلاستیک بر مبنای مکانیزم نفوذ استفاده گردید. در مواد میکروکریستال، مرزدانه ها کسر حجمی ناچیزی از ماده را به خود اختصاص می دهند، از این رو از فاز مرزدانه برای این مواد صرف نظر گردید و خواص مکانیکی داخل دانه تنها با مدل چگالی نابجایی مدل گردید. مطالعات عددی روی ساختار مس با اندازه دانه هایی در مقیاس میکرو و نانو نشان داد که معادلات ارائه شده قادرند به خوبی نتایج تجربی موجود را شبیه سازی کنند. با توجه به قابلیت مناسب معادلات چگالی نابجایی ارائه شده برای پیش بینی رفتار مکانیکی مواد پلی کریستال، این معادلات برای بررسی رفتار مکانیکی فاز فریت فولاد دوفازی نیز مورد استفاده قرار گرفتند. با روش ورونی هندسه میکروساختار فولاد دوفازی با دقت مناسبی مدل شد. با در نظر گرفتن مدل آسیب گرسون-تورگارد-نیدلمن برای فاز مرزدانه، مدل چگالی نابجایی برای فاز فریت و مدل الاستیک-پلاستیک کامل برای فاز مارتنزیت، شبیه سازی میکرومکانیک فولاد دوفازی به روش اجزا محدود انجام گردید. رفتار مکانیکی و بحث ناهمگونی ریزساختاری این نوع فولادها بر عملکرد آنها مورد مطالعه قرار گرفت. تحلیل نتایج حاصل از بررسی پارامتری اثرات اندازه دانه و کسر حجمی مارتنزیت نشان داد که ناهمگونی ریزساختار در رفتار مکانیکی این فولادها نقش اساسی را بازی می کند. در انتها برای بررسی اثر جهات کریستالی و بافت ماده، از معادلات ساختاری کریستال پلاستیسیته برای شبیه سازی استفاده شد. ابتدا به کمک روش ورونی فضای شبیه سازی به دانه های کریستالی افراز گردید تا ناهمگونی ریزساختار به بهترین نحو ممکن در شبیه سازی اعمال شود. در ادامه، از روش دینامیک مولکولی برای استخراج ثوابت الاستیک مورد نیاز استفاده شد. در انتها، رفتار فلز فریت تحت بارگذاری کشش ساده با روش کریستال پلاستیسیته در المان محدود بر روی مدل ورونی شبیه سازی و نتایج حاصل از آن با نتایج تجربی مقایسه گردید. تطابق خوب بین نتایج حاصل از روش عددی با نتایج تجربی موید مناسب بودن مدل عددی ارایه شده است.

آسیب های داخلی را می توان ناشی از حضور و گسترش ترک ها و حفره های میکروسکوپی که سرانجام باعث شکست قطعه می شوند، دانست. برای بیشتر مواد فلزی، رفتار ماده ترکیبی از واکنش های ترد و نرم و مد کمکی است که به میزان چشمگیری وابسته به دما و نرخ بارگذاری است. یکی از مهم ترین این مدها که باعث تخریب مواد در فلزات می شود، آسیب خستگی است و معمولاً در سازه های مکانیکی که تحت چرخه های بارگذاری و یا دمایی به تعداد زیاد قرار می گیرند، مشاهده می شود. شکست های خستگی کم چرخه ممکن است زمانی که سازه تحت بارگذاری های چرخه ای سنگین قرار می گیرد به وجود آیند، که باعث می شود کرنش های بازگشت ناپذیر سبب شروع و رشد ترک شوند. به طور کلی در خستگی کم چرخه تعداد چرخه کمتری (کمتر از 104 چرخه) تا شروع شکست لازم است. هدف اصلی از این تحقیق بررسی آسیب خستگی کم چرخه تحت بارگذاری چرخه ای است. به منظور دست یابی به این هدف با استفاده از روابط حاکم بر این پدیده که در برگیرنده تغییر شکل های پلاستیک و کرنش های کوچک است زیر برنامه ای تدوین می شود تا به توان از آن برای بررسی آسیب خستگی کم چرخه در مسایل مختلف سود برد. در تحقیق حاضر مکانیزم آسیب خستگی کم چرخه با استفاده از تئوری الاستیک– پلاستیک- آسیب مورد بررسی قرار می گیرد. آسیب خستگی کم چرخه با تغییر شکل های پلاستیک در ماده همراه است. مدل های مکانیک آسیب بر مبنای مکانیک آسیب پیوسته، cdm، از مناسب ترین روش ها در ارزیابی رفتار خستگی در مواد نرم به شمار می روند. با استفاده از مدل های پلاستیسیته فلزی در چار چوب مکانیک آسیب پیوسته مدلی جهت بررسی آسیب خستگی کم چرخه ارایه می شود. یک مدل پلاستیسیته مستقل از نرخ، شامل کار سختی همسان غیر خطی، کار سختی سینماتیک غیرخطی (مدل چابوچ- مارکویس) و آسیب نرم (مدل لمتر- چابوچ) تحت شرایط هم دما و وضعیت کرنش کوچک مورد مطالعه قرار می گیرد. مدل کار سختی سینماتیک غیر خطی این امکان را فراهم می کند تا پلاستیسیته چرخه ای برای فلزات به خوبی مدل سازی شود. مکانیک آسیب پیوسته با ارایه ی یک رویکرد محلی از شکست، یکی از مفیدترین ابزارهای موجود در پیش بینی شروع و تکثیر ماکروترک ها است. در این تحقیق از روش هم بسته برای حل معادلات استفاده خواهد شد. رفتار ماده با استفاده از معادلات ساختاری که تخریب تدریجی را توصیف می کنند، مدل می شود. تخریب میکروسکوپیک یک میکروحجمک نماینده به وسیله یک متغیر پیوسته (در فضا و زمان) که در مقیاس ماکرو تعریف می شود با نام متغیر آسیب، مدل خواهد شد. فاز نهایی تکامل آسیب به وسیله یک معیار محلی و متناظر با شکست میکرو حجمک نماینده و بنابراین شروع یک ماکروترک آشکار می شود. تغییر شکل منطقه کاملاً آسیب دیده متناظر با تکثیر ماکرو ترک است. راستی آزمایی این زیربرنامه با نتایج دیگر مراجع مورد بررسی قرار می گیرد. تطابق پیش بینی عمر خستگی کم چرخه دیافراگم یک شیر گاز و محل بروز ترک در آن با نتایج تجربی، توانایی های این زیربرنامه را به صورت برجسته نشان می دهد.

پدیده ی لغزش به جلو در نورد میلگرد در اثر اختلاف سرعت غلتک و میلگرد به وجود می آید. لغزش به جلوی بیش از حد سبب کشیدگی میلگرد و گاه فشردگی آن شده و خرابی محصول نهایی را به دنبال دارد. در این تحقیق شبیه سازی سه بعدی فرآیند نورد دستگاه بدون تاب خوردگی (منوبلوک) در خط نورد میلگرد ذوب آهن اصفهان به روش اجزای محدود انجام می شود. از دستاوردهای این تحقیق می توان به، استخراج هندسه ی محصول نهایی خط نورد، سرعت میلگرد هنگام نورد، زاویه ی خنثی، ارتفاع در صفحه ی خنثی، لغزش به جلو در قفسه های منوبلوک، اشاره کرد. همچنین بررسی پارامترهای تاثیرگذار در پدیده ی لغزش به جلو، مانند بررسی اثر ضریب اصطکاک بین غلتک و میلگرد بر پارامتر لغزش به جلو، بررسی اثر سرعت اولیه، دمای اولیه ی میلگرد و سرعت دورانی غلتک بر پارامتر لغزش به جلو، از دیگر موضوعات بررسی شده است. در پایان الگوی توزیع تنش وتوزیع دما در طول میلگرد و در مسیر نورد بررسی شده است. در این پژوهش ابتدا نمونه های استاندارد آزمون کشش گرم برای به دست آوردن خواص مکانیکی فلز مورد نظر تهیه شد و در ادامه آزمون کشش ساده برای دماها و نرخ کرنش های مختلف انجام شد. نتایج حاصل با استفاده از روش شبکه های عصبی مورد تحلیل قرار گرفت و خواص مکانیکی فلز مورد تحقیق در دماها و نرخ کرنش های مختلف استخراج شد. از این آزمون ها می توان نتیجه گرفت که با افزایش نرخ کرنش حد تسلیم و مقاومت نهایی به ترتیب کاهش و افزایش می یابند. در ادامه از خط نورد میله ی شرکت ذوب آهن اصفهان بازدید و با کارشناسان و مهندسان بخش طراحی کالیبر مشاوره شد، همچنین از داده های اولیه و تجربی این خط به منظور اعتبار سنجی کارهای انجام شده، استفاده شد. شبیه سازی سه بعدی فرآیند نورد میلگرد دستگاه منوبلوک به وسیله ی نرم افزار اجزای محدود abaqus/explicit v.6.11 و در پایان تحلیل روی نتایج شبیه سازی و انجام محاسبات لغزش به جلو و سایر پارامتر های تاثیرگذار بر پدیده ی لغزش به جلو انجام شد. طبق تحلیل های انجام شده می توان نتیجه گرفت که با افزایش سرعت اولیه ی میلگرد، پارامتر لغزش به جلو برای قفسه های اول تا سوم تقریباً ثابت بوده است. افزایش سرعت دورانی غلتک منجر به کاهش لغزش به جلو در هر قفسه می شود. نتایج حاصل از تغییر پارامتر ضریب اصطکاک برای هر قفسه نشان داد که، افزایش در ضریب اصطکاک بین غلتک و میلگرد در هر مرحله منجر به افزایش پارامتر لغزش به جلو می گردد.

با گسترش روز افزون فرآیند های نوین ساخت در عرصه نانو تکنولوژی و ظهور مواد جدید با خواص ویژه و چند گانه، شرکت های بزرگ تجاری رقابت شدیدی را در زمینه سرمایه گذاری و تجاری سازی نانو مواد آغاز کرده اند. در این میان نانوکامپوزیت ها به علت خواص ویژه و متنوعی که از خود نشان می دهند، توجه ویژه ای را در صنایع خودروسازی، صنایع هوایی و صنایع بسته بندی به خود جلب نموده اند. در کنار توسعه سریع در روش های آزمایشگاهی در این حوزه، لزوم گسترش روش های عددی کارا و موثر در پیش بینی و شبیه سازی رفتار نانو مواد بیش از پیش خودنمایی می کند. هدف اصلی از تحقیق حاضر توسعه و استفاده از روش های چند مقیاسی برای شبیه سازی و پیش بینی رفتار نانوکامپوزیت های خاک رسی می باشد. توسعه و استفاده از این روش های مدل سازی علاوه بر درک بهتر از نحوه رفتار نانو مواد، امکان طراحی محاسباتی این مواد را نیز فرآهم می آورد. قبل از انجام آنالیز های چند مقیاسی، ابتدا نمونه هایی از اپوکسی و نانوکامپوزیت خاک رسی با درصدهای متفاوتی از رس ساخته و سپس خواص مکانیکی این نمونه ها اندازه گیری شد. بر پایه نتایج حاصل از آزمون های تجربی، پدیده آسیب و شکست در نمونه های نانوکامپوزیت خاک رسی تحت کشش در مقیاس ماکرو شبیه سازی شد. محل شروع و مسیر گسترش ترک به همراه نمودارهای تنش-کرنش نمونه های تحت کشش با نتایج آزمون های تجربی مقایسه شد. به منظور سهولت در پیاده سازی و استفاده از روش های چند مقیاسی در شبیه سازی رفتار مواد ناهمگون، یک کد متن باز چند مقیاسی با قابلیت مدل سازی در سه مقیاس نانو، مزو و ماکرو و در دامنه های پیوسته و اتمی نگارش شد. این کد با بهره گیری از روش اجزا محدود توسعه یافته، انجام انواع آنالیز های چند مقیاسی در حضور ترک را امکان پذیر می نماید. توانمندی و عملکرد کد توسط چندین مثال گویا در شبیه سازی رفتار نانوکامپوزیت های خاک رسی بررسی شد. با بهره گیری از توانمندی های کد مذبور، درک بهتری از رفتار نانو مواد و دیگر مواد ناهمگون حاصل خواهد شد. با توجه به ابعاد بسیار کوچک ذرات به کار رفته در نانوکامپوزیت های خاک رسی، عدم قطعیت های بسیاری در تعیین خواص فیزیکی و مکانیکی این اجزاء وجود داشته که این امر استفاده از روش های مدل سازی قطعی را برای پیش بینی رفتار این مواد دشوار می نماید. به همین دلیل، در این تحقیق و با استفاده از ترکیبی از روش های میکرومکانیک و آنالیز تصادفی، مدول الاستیک و پارامتر آسیب نانوکامپوزیت های خاک رسی کاملاً مجزا پیش بینی شد. مدول الاستیک های پیش بینی شده با نتایج تجربی مقایسه گردیده و صحت و دقت آنها بررسی شد. در ادامه و با بهره گیری از یک روش نوین انتقال داده بین مقیاس های ریز و درشت، یک روش چند مقیاسی نیمه همزمان برای شبیه سازی رفتار آسیب مواد ناهمگون ارائه و در نرم افزار آباکوس پیاده سازی شد. این روش چند مقیاسی از انتقال گرادیان تغییر شکل از مقیاس درشت به مقیاس ریز و ارسال پارامتر آسیب از مقیاس ریز به مقیاس درشت استفاده می کند. در این روش از گرادیان تغییر شکل ارسالی به عنوان شرط مرزی درمحاسبات مربوط به مقیاس ریز استفاده شده و همگن سازی، پارامتر آسیب را به مقیاس درشت برمی گرداند. این روش بر روی نانوکامپوزیت های خاک رسی اعمال و نتایج آن با نتایج حاصل از میکرومکانیک صحه سنجی شد. در پایان نیز یک روش چند مقیاسی همزمان در حالت سه بعدی و با قابلیت مدل سازی ترک معرفی و پیاده سازی شد. بررسی های انجام شده نشان دادند که این روش چند مقیاسی، توانایی مدل سازی ترک در مقیاس های گوناگون را داشته و با توجه به ناچیز بودن پدیده برگشت مجازی امواج، روش ارائه شده قابلیت استفاده در کاربردهای دینامیک را دارد.

هدف این پایان نامه توسعه مدلی ریاضی برای کنترل عیوب شکلی ورق از جمله تاج و تختی آن می باشد. برای رسیدن به این هدف، ابتدا مطالعه ای بر روی انواع مدل هایی که برای شبیه سازی فرایند نورد ارائه شده، انجام شده است. به علت سرعت و دقت بالای مدل تیر تقسیم شده در مقایسه با سایر مدل ها، این مدل به عنوان اساس مدل سازی در این تحقیق انتخاب شده است. با توجه به ابزارهای مختلفی که برای کنترل تغییرشکل غلتک ها و در نتیجه پروفیل نهایی ورق وجود دارد، یک سیستم کنترل شکل و پروفیل با توجه به خمش غلتک های کار و یک مدل ریاضی با توجه به انحراف جفتی غلتک ها در روش تقاطع غلتکی،در یک قفسه چهار طبقه ارائه شده است. عوامل و پارامترهای موثر بر پروفیل ورق به دقت و به درستی شناسایی شده و بر همین اساس، الگوریتم ها و سپس برنامه های کامپیوتری مربوطه تهیه شده است. ابعاد و مشخصات کاری قفسه ها بر مبنای اطلاعات بدست آمده از مجتمع فولاد مبارکه تعیین شده و بهترین مقادیر نقاط کاری قفسه از جمله نیروی جک های خم کننده در روش خمش غلتک ها و زاویه انحراف بهینه در روش تقاطع غلتکی بدست آمده است. این مقادیر بر اساس کمترین مقدار ممکن برای تاج خروجی ورق تعیین شده اند. در ادامه، روند تغییرات و نحوه اثرگذاری پارامترهای موثر روی شکل نهایی ورق بررسی شده و نمودارهای مربوطه تهیه شده است. با مقایسه اطلاعات بدست آمده از هر دو روش، قابلیت کنترل تاج در روش تقاطع غلتکی بیشتر است. به علت غیرممکن بودن سنجش نتایج با نتایج واقعی و در دسترس نبودن تکنولوژی های مربوطه در داخل کشور، برای بررسی دقت و صحت مدل های ارائه شده، از مقایسه نتایج با مدل های ریاضی، مدل های اجزای محدود و نتایج آزمایشگاهی موجود استفاده شده است که دقت مدل را در حد خوبی نشان می دهد. بدین ترتیب می توان نتیجه گرفت که با تجهیز خط نورد به ابزارهای کنترل کننده تقاطع غلتکی، امکان دستیابی به ورق هایی با کیفیت مطلوب، هرچه بیشتر و آسان تر فراهم می گردد.

نانوتکنولوژی شاخه ای رو به روشد از علم و تکنولوژی است که با مواد، ساختارها و ابزارهایی در ابعاد نانو سروکار دارد. در این میان یکی از پرکاربردترین زیرمجموعه های نانومواد، نانو ورق ها محسوب می شوند. نانو ورق ها در ساختن باطری ها، سنسورهای شیمیایی و بیولوژیکی و نیز در نانوماشین ها کاربردهای فراوان دارند. با وجود کاربردهای فراوان این ساختارهای نانو، کارهای کمی در راستای بررسی رفتار آنها صورت گرفته است و شاید این کمبود را بتوان با سختی فرایند طراحی و تولید آنها مرتبط دانست. در این راستا دانستن رفتار ارتعاشی و کمانشی نانو ورق ها کلیدی ترین گام در طراحی این سازه ها به شمار می آید. به دلیل وابستگی های زیاد در معادلات تعادل استاتیکی و دینامیکی ارائه ی حل تحلیلی برای ارتعاشات و کمانش نانو ورق ها بسیار دشوار است از این رو بسیاری از کارها به استفاده از روش های عددی و نیمه عددی از قبیل المان محدود، ریلی-ریتز و ... پرداخته اند. با کاهش اندازه ی ساختارها در حد قابل مقایسه با اندازه های درون اتمی صرف نظر کردن از اثرات اندازه های کوچک و نیروهای درون اتمی باعث خطای زیاد در نتایج و به تبع آن در مواردی طراحی اشتباه می گردد و روش هایی از قبیل دینامیک مولکولی مستلزم زمان و هزینه های بسیار زیادی برای مدل کردن نانوساختارها هستند، از اینرو در سالهای اخیر بررسی این ساختارها به روش های کانتینومی واگذار شده اند. یکی از شناخته شده ترین این روش ها، تئوری غیرمحلی ارینگن است. تئوری غیرمحلی برای بیان روابط تنش-کرنش غیرموضعی رشد یافته است. در این روش تنش در هر نقطه از سازه تابعی از کرنش در کل سازه است. بنابراین، انتظار می رود که تئوری غیرمحلی مدل دقیق تری نسبت به الاستیسیته ی کلاسیک، مخصوصا در مقیاس های بسیار ریز ارائه دهد. در این پایان نامه با استفاده از این تئوری، نانو ورق های ایزوتروپیک دایروی، حلقوی و قطاعی مدل شده و با استفاده از روش تفاضل محدود حل گردیه است. همچنین صحت نتایج و نیز تأثیر تغییر در پارامترهای مختلف از جمله شعاع ورق، شرایط مرزی، مد های کمانشی و پارامتر غیرمحلی بر روی بار بحرانی کمانشی نانو ورق بصورت داده های عددی در قالب جدول و نمودار مورد بحث و بررسی قرار می دهیم. تنایج بحث نشان می دهد که روش تفاضل محدود، روشی قدرتمند برای حل مسائل نانو صفحات می-باشد و برای ناو صفحات اثرات غیرمحلی بسیار مهم و غیرقابل چشمپوشی اند و موجب کاهش بار کمانش می شود.

پیشرفت های مداوم در روش های ریخته گری در نیمه نخست قرن بیستم باعث ابداع روش ریخته گری گریز از مرکز افقی برای تولید لوله گردید که به مرور جایگزین روش ریخته گری در ماسه شد. لوله های چدن نشکن که سال هاست در شبکه های مدرن آب آشامیدنی و فاضلاب به عنوان لوله ی استاندارد مورد استفاده قرار می گیرد، توسط همین روش در ماشین های لوله ریزی موسوم به ماشین دی لاوود ریخته گری می شوند. هدف این پروژه استفاده از روش اجزا محدود برای شبیه سازی حرارتی و مکانیکی فرآیند ریخته گری گریز از مرکز افقی لوله های چدن نشکن و در نهایت تخمین عمر خستگی حرارتی قالب های مورد استفاده در ماشین های لوله ریزی می باشد. در شبیه سازی انجام شده از کد (ماکرو) تهیه شده در نرم افزار ansys استفاده شده و با ارائه یک مدل عددی تقارن محوری شامل لوله و قالب، تاریخچه ی توزیع دما در لوله و قالب طی فرآیند انجماد مذاب و سیکل های دمایی مختلف لوله ریزی بدست آمده است. در این تحلیل، شرایط مرزی و اولیه ی متناسب با شرایط عملی و همچنین تابعیت خواص ترموفیزیکی مواد با دما در نظر گرفته شده است. نتایج حل حرارتی فرآیند ریخته گری با نتایج آزمایشگاهی انجام شده در این تحقیق و تحلیل های عددی ارائه شده توسط محققان دیگر مقایسه شده که تطابق خوبی را نشان می دهد. در ادامه، توزیع دمای قالب به عنوان ورودی برای تحلیل مکانیکی، مورد استفاده قرار گرفته و با در نظر گرفتن تابعیت خواص مکانیکی قالب با دما و اعمال قید مکانیکی لازم، تنش و کرنش ایجاد شده در قالب طی سیکل های مورد نظر، بدست می آید. نتایج حاصل از شبیه سازی مکانیکی با نتایج آزمایشگاهی و تحلیل های عددی اراَیه شده توسط محققان دیگر نیز مقایسه شده که تطابق خوبی دیده می شود. در پایان با قرار دادن مقادیر تنش و کرنش سیکل پایدار در فرمول های مربوطه همچون مارو یا مانسون-هالفرد، عمر قالب تخمین زده شده و با نتایج تجربی مقایسه می شود. شبیه سازی انجام گرفته نشان می دهد، بیشینه دمای ایجاد شده در قالب نقش موثری در افزایش یا کاهش عمر قالب خواهد داشت.

نیاز روزافزون صنعت به ورق های فلزی با ابعاد دقیق و کیفیت بالا محققان را بر آن داشته تا با مطالعه ی دقیق تر فرایند نورد سرد ورق پاسخگوی نیاز های علمی در این زمینه باشند. از این میان می توان به تحقیقات در زمینه ی روانکاری نورد اشاره نمود. امولسیون آب و روغن از جمله ی روانساز هایی است که به شکل گسترده در صنایع نورد به کار گرفته می شود و لازم است رفتار آن در روانکاری نورد دقیق تر بررسی شود. در این تحقیق با تکیه بر روانکاری مخلوط و استفاده از معادله ی چنگ و مارسالت در این زمینه و ترکیب آن با معادله ی رینولدز توسعه یافته ی ین و کرودا، مدلی برای نورد سرد با امولسیون آب و روغن ارائه شده است و به منظور نزدیک تر شدن فرضیات به شرایط واقعی نورد، کشش های جلو و عقب بر ورق به مدل اضافه شده است. مسئله در دو ناحیه ی ورودی و کاری بررسی می شود که شامل حل دو معادله ی دیفرانسیل غیر خطی مرتبه اول برای یافتن فشار کل و نسبت تماس به همراه معادله ی مرتبه دوم رینولدز برای یافتن فشار فیلم روانکار است. حل مسئله، در یک چرخه شامل پنج حلقه ی سعی و خطا برای ارضاء شرایط مرزی و دستیابی به مجهولات مسئله صورت می پذیرد. در انتهای حل، تغییرات غلظت، توزیع فشار ، نیرو و گشتاور نورد و ضخامت فیلم روانکار به همراه سایر مجهولات بدست آمده ضمن اینکه تغییر شعاع الاستیک غلتک ها به کمک رابطه ی معروف هیچکاک محاسبه می شود. نتایج نشان می دهد که اثر غلظت اولیه ی امولسیون بر متغییر های نورد در سرعت بالا خیلی چشمگیر-تر از سرعت های پایین است و افزایش غلظت سبب افزایش ضخامت فیلم، کاهش نیروی نورد و جابجایی نقطه ی خنثی می شود. با افزودن حل عددی نشان می دهد که در کشش های پایین ورق، استفاده از امولسیون به جای روغن خالص سبب نزدیک شدن نقطه ی خنثی به و رودی، و در کشش های بالا سبب نزدیک شدن آن به خروجی می گردد.

یکی از مهم ترین اهداف و چالش های مهندسین مکانیک در زمینه فرآیندهای شکل دهی، پیش بینی حد شکل دهی واستحکام محصولات است. مکانیک آسیب پیوسته از روش های نسبتاً جدیدی است که به بررسی جوانه زنی، رشد و به هم پیوستن حفره ها و ترک ها در ماده و گسترش آسیب می پردازد و به خوبی توانسته به این نیاز پاسخ دهد. این روش نسبت به سایر روش های تحلیل شکست در قطعات مانند مکانیک شکست و تئوری پلاستیسیته، دقت و کارایی بیشتری دارد. یکی از ابزارهای عددی مناسب و جدیدی که برای شبیه سازی مکانیک آسیب می تواند مورد استفاده قرار گیرد، روش سلول های محدود است. این روش عددی شبکه بندی مسئله را به طور قابل توجهی ساده می سازد و نیاز به المان ها و شبکه بندی های پیچیده را حذف می کند. لازم به ذکر است که روش اجزاء محدود هنوز هم پرطرفدارترین و گسترده ترین روش عددی موجود می باشد. در این تحقیق رشد آسیب در مواد نرم با در نظر گرفتن اثر بسته شدن ترک ها در بارگذاری های فشاری به کمک روش های اجزاء محدود و سلول محدود پیاده سازی شد. بدین صورت که ابتدا مدل آسیب اصلاح شده لمتر که اثر بسته شدن ترک ها را در نظر میگرفت، انتخاب گردید. در گام اول، یک فرمول بندی مناسب برای مسائل الاستیک پلاستیک آسیب در حالت کرنش صفحه ای و سه بعدی استخراج و یک الگوریتم بهینه جهت حل ارائه گردید. در این الگوریتم نوین، به هنگام نمودن تنش ها تنها توسط یک معادله جبری غیرخطی که کارآیی بالا و افزایش سرعت همگرایی را به دنبال دارد، انجام می گیرد. به منظور پیاده سازی این الگوریتم، یک زیربرنامه بهینه umat مبتنی بر روش اجزاء محدود برای شبیه سازی فرآیندهای شکل دهی شبه استاتیک وهم دما نوشته شد. امتیاز اصلی این زیربرنامه، استفاده از دامنه وسیعی از المان ها، مدل های متفاوت ماده، سرعت و دقت بالا، به کارگیری آن در نرم افزار abaqus و استفاده از حلگرهای دستگاه معادلات با راندمان بالا و قوی است. گام بعدی پیاده سازی مدل به روش سلول محدود و استفاده از مزایای این روش بود. بدین منظور، روابط و معادلات ساختاری این مدل برای استفاده در نرم افزار adhoc آماده سازی شد. همچنین به منظور اعتبارسنجی مدل آسیب نرم، نتایج به دست آمده از مدل با نتایج عددی و تجربی مقایسه شد. پس از کسب اعتبارلازم، تعدادی از فرآیندهای متداول شکل دهی نظیر آهنگری و اکستروژن شبیه سازی شده و وقوع شکست نرم در آن ها پیش بینی گردید.

مکانیک آسیب یکی از بخش های مهندسی مکانیک است که بهتعیین عمر قطعات و تعیین محل های آسیب پذیر است . این شاخه از علم مکانیک برای مدل سازی ریز حفره ها در فرآیندهای صنعتی بسیار کارآمد است.مدل های متنوعی که تاکنون در زمینه مکانیک آسیب ارائه شده اند بیشتر برای مواد نرم و یا مواد ترد بوده است. اماامروزه بررسی آسیب موادی با رفتار دوگانه ی نرم و ترد بسیار مورد توجه محققین قرار گرفته است. این مواد تحت بارگذاری های مختلف در امتدادهای مختلف مقاطع شکست متفاوتی از خود نشان می دهند که بیانگر رفتار دوگانه این مواد است.این مواد به علت استحکام بالا در برابر بارگذاری های متفاوت در فرآیندهای صنعتی بسیار کاربرد دارند و در صنایع مختلفی مانند صنایع هوایی از آن ها استفاده می شود. آلیاژ 2024 آلومینیوم از جمله این مواد استکه به علت استحکام بالا نسبت به وزن کم بسیار پرکاربرد است به طوری که به طور گسترده در ساخت اجزای صنعت هوایی کاربرد دارد.این ماده در دمای محیط نرمی کمی از خود نشان می دهد؛ با انجام عملیات حرارتی بر روی این ماده می توان آن را برای اسفاده-های کاربردی فراوان آماده کرد. بر اساس مشاهدات آزمایشگاهی رفتار آلیاژ آلومینیوم 2024 به شدت به جهت بارگذاری وابسته است؛ به طوری که رفتاری بین حالت نرم و ترد از خود نشان می دهد. این ماده به طور خاص در امتداد عمودی رفتار شبه ترد از خود نشان می دهد. برای مدل سازی رفتار این ماده کینتزل یک مدل همگن نرم-ترد ارائه داده است. در این پژوهش در ابتدا به بررسی رفتار ورق این آلیاژ تحت بار محوری بر اساس مدل آسیب شبه ترد کینتزل پرداخته شده است. اکثر کارهایی که در زمینه مکانیک آسیب بر روی مواد نرم-ترد صورت گرفته است تحت بارگذاری یکنواخت بوده و مدل های آسیب تحت بارگذاری های دوره ای پیاده سازی نشده-اند. از این رو در این پژوهش با توجه به کاربرد بسیار مواد نرم- ترد، به پیاده سازی مدل آسیب شبه ترد کینتزل تحت بارگذاری های دوره ای پرداخته شده است. هدف این پژوهش تعیین عمر قطعات مکانیکی شبه ترد تحت بارگذاری های مختلف بر اساس اصل رشد آسیب است؛ از این روبا توجه به این پیاده سازی برای تخمین عمر یک مورد مطالعاتی در صنایع هوایی استفاده شده است. بررسی عملکرد بال هواپیما از جنس آلیاژ 2024 آلومینیوم تحتفشار هوا مورد مطالعاتی این پژوهش است. این پژوهشنشان می-دهدمواد نرم-ترد تحت بارگذاری های دوره ای استحکام خوبی از خود نشان می دهند؛ علاوه برآن با توجه به سهم کمتر بخش آسیب تردتاثیر آسیب ترد به مراتب از آسیب نرم بر روی آسیب کلی ماده کمتر است. هم چنین تاثیر کرنش اعمالی بر روی آسیب ترد به مراتب کمتر از آسیب نرم است.

آسیب فرآیندی است برگشت ناپذیر که با کاهش تدریجی مقاومت مکانیکی، زوال ماده را به دنبال دارد. مکانیک آسیب شاخه¬ای از مکانیک جامدات است که عوامل مکانیکی ناظر بر گسیختگی ماده تحت بارگذاری¬های مختلف را مورد مطالعه قرار می¬دهد. خستگی گونه ای از آسیب بوده که می تواند منجر به شکست ناگهانی قطعات گردد. بارگذاری خستگی در اثر تنش های چرخه ای که کمتر از تنش کششی نهایی یا حتی تنش تسلیم هستند، نتیجه می شود. نام خستگی بر اساس این مفهوم است که یک ماده تحت بارگذاری تکرار شونده خسته شده و در سطح تنش زیر مقاومت اسمی ماده وامانده می شود. عمر خستگی یک قطعه می تواند به صورت تعداد چرخه های بارگذاری لازم برای شروع یک ترک و گسترش آن تا اندازه بحرانی بیان شود. بنابراین می توان گفت که واماندگی خستگی در سه مرحله اتفاق می افتد: شروع ترک، رشد ترک آهسته-پایدار و شکست سریع. برای شروع ترک های خستگی سه عامل اساسی لازم است: اولاً الگوی بارگذاری باید شامل مقادیر اوج بیشینه و کمینه با اختلاف یا نوسان به حد کافی بزرگ باشد. مقادیر اوج ممکن است در کشش یا فشار بوده و یا بر حسب زمان تغییر کنند، اما چرخه بارگذاری معکوس شونده برای شروع ترک خستگی باید به حد کافی بزرگ باشد. ثانیاً سطوح تنش اوج بایستی مقادیر نسبتاً زیادی داشته باشند. اگر تنش های اوج خیلی کم باشند، هیچ ترکی شروع به رشد نخواهد کرد. ثالثاً ماده باید در معرض تعداد چرخه های بارگذاری زیاد قرار گیرد. تعداد چرخه های لازم به منظور شروع و رشد یک ترک در ابتدا بستگی به سه عامل فوق دارد. علاوه بر این سه عامل اساسی، دسته ای از متغیرهای دیگر از قبیل تمرکز تنش، خوردگی، دما، اضافه بار، سازه متالوژیکی و تنش های پسماند نیز وجود دارند که می توانند بر تمایل به خستگی تأثیر بگذارند. چون ترک های خستگی عموماً در سطح شروع به رشد می کنند، وضعیت سطح قطعه بارگذاری شده بر روی عمر خستگی آن اثر می گذارد. زبری سطح یک عامل مهم است زیرا به طور مستقیم به حد و تعداد تمرکزهای تنش بر روی سطح مربوط می شود. سطوح صاف مدت زمان زیادی طول می کشند تا ترک در آن ها جوانه بزند. شیارها، خراش ها و دیگر عوامل تمرکز تنش، عمر خستگی را کاهش می دهند. تنش پسماند سطح نیز یک اثر عمده بر روی عمر خستگی می گذارد؛ تنش های پسماند فشاری حاصل از ماشین کاری، سردکاری و عملیات حرارتی، باعث ایجاد یک بار کششی شده و درنتیجه دامنه بارگذاری چرخه ای را تنزل می دهند. در این پایان نامه، از مدل آسیب خستگی شابوش-لمتر برای پیش بینی واماندگی قطعات تحت بارگذاری خستگی پرچرخه به صورت تک محوره و چند محوره استفاده می شود. رشد آسیب خستگی در این مدل بر حسب تنش های بیشینه و کمینه در هر چرخه بوده که می تواند برای تسلیم ناهمسانگرد به کار رود. مدل آسیب شابوش-لمتر اثر تنش میانگین و نیز اثر تنش های فشاری را که باعث بسته شدن ترک می شود در نظر می گیرد. علاوه بر این در بارگذاری های چند مرحله ای، رشد آسیب را زیر حد خستگی امکان پذیر می سازد. این مدل در حالتی که مقادیر تنش های بیشینه و کمینه ثابت است، به طور مستقیم انتگرال گیری شده و تعداد چرخه های منجر به شکست به صورت یک رابطه بسته به دست می آید. در غیر این صورت، مدل به روش ضمنی انتگرال گیری شده و به صورت یک زیربرنامه ماده کاربر (umat) در نرم افزار abaqus/standard پیاده سازی عددی می گردد. هم چنین برای کاهش زمان حل مسئله از روش پرش درون چرخه ها، با تکیه بر شبیه سازی بارگذاری خستگی به صورت زیربرنامه دامنه کاربر (uamp)، استفاده می شود. برای راستی آزمایی زیربرنامه های تدوین شده، ابتدا یک المان مکعبی تحت بارگذاری چرخه ای کاملاً معکوس شونده قرار گرفته و نتایج آن برای حالت الاستوپلاستیک با مدل آباکوس مقایسه شده که تطابق خوبی نشان می دهد. سپس با در نظر گرفتن آسیب و نیز استفاده از روش پرش و بدون استفاده از روش پرش، نتایج با یکدیگر مقایسه می شوند. در ادامه سه نمونه بدون شیار، شیاردار vشکل و سوراخ دار تحت بارگذاری خستگی با نسبت تنش های متفاوت قرار گرفته و نتایج آن با نتایج تجربی و رابطه بسته مقایسه می گردند. در پایان به عنوان مطالعه موردی، اسپیندل روتور اصلی پره های یک بالگرد تحت بارگذاری خستگی قرار گرفته و عمر آن با نمونه عملی مقایسه می شود.

‎ امروزه سرویس های وسیع و متعدد اینترنتی و استفاده گسترده از دستگاه های قابل حمل، تقاضا را برای سرویس های اینترنتی بی سیم افزایش داده است. در طی سالیان اخیر به علت تقاضای رو به رشد برای سرویس های با نرخ بسیار بالا، فناوری مخابرات بی سیم از شبکه های مخابراتی نسل اول ‎(صوت)‎ به نسل کنونی فناوری مخابرات سیار توسعه داده شده اند. در نسل چهارم شبکه های مخابراتی، استانداردها به منظور فراهم کردن یک نرخ بسیار بالا برای کاربران متحرک، تعریف و طراحی شده اند. به همین منظور تکنیک چندحاملی ‎ofdm‎ به عنوان یکی از روش های مهم انتقال داده با نرخ بسیار بالا شناخته شده و مورد استفاده قرار گرفته است. این تکنیک با توجه به ماهیت خود می تواند بر مشکلات مهمی نظیر محوشدگی کانال فرکانس گزین و تداخل بین سمبلی غلبه کند. همچنین روش های ارسال رله ای نیز به علت مزایای مهم خود توجه زیادی به خود جلب کرده اند و به علت همین مزایا فناوری رله به عنوان یک روش موثر در شبکه های نسل چهارم و نسل های بعدی در نظر گرفته شده است. ترکیب روش های ارسال رله ای با تکنیک ‎ofdm‎ نیز در شبکه های نسل چهارم مورد استفاده قرار گرفته است. در این شبکه ها منابع مهمی نظیر توان، زیرحامل ها و ... وجود دارد که نحوه تخصیص آنها به کاربران مورد نظر اهمیت فراوانی در عملکرد کلی شبکه دارد. اهمیت تخصیص منابع در این شبکه ها تا حدی است که روش های مختلف تخصیص منابع، عملکردهای متفاوتی داشته و هر کدام مزایا و معایب خود را دارند. در این پایان نامه با فرض یک شبکه رله ای دو طرفه چندکاربره تک رله ای (با ساز و کار رله ای تقویت و ارسال) که از روش چندحاملی ‎ofdma‎ برای تبادل اطلاعات استفاده می کند، اقدام به بررسی روش های تخصیص منابع در شبکه های رله ای مختلف می گردد. در حقیقت هدف کلی ما حداکثر سازی نرخ انتقال کلی شبکه است که در شرایط مشخص و با در نظر گرفتن محدودیت توان روی همه گره ها صورت می گیرد. فرض استفاده یا عدم استفاده از مسیر مستقیم میان دو کاربر در دو سوی رله، و استفاده از تعداد مختلف فازهای زمانی در فرآیند تبادل اطلاعات، چهار روش رله ای دو طرفه برای بررسی در اختیار ما قرار می دهد. برای هر کدام از این روش های رله ای، در ابتدا مساله تخصیص منابع معرفی شده و سپس به علت پیچیده بودن حل بهینه مساله، الگوریتم تخصیص شبه بهینه ارائه شده قبلی که برای یکی از این روش های رله ای ارائه شده است، بررسی می گردد. و در ادامه روش شبه بهینه دیگری پیشنهاد می گردد که منجر به بهبود عملکرد سیستم می شود. نتایج بدست آمده نشان دهنده برتری عملکرد روش پیشنهادی در مقایسه با روش شبه بهینه قبلی در تمامی سناریوهای رله ای دوفازه، سه فازه و چهارفازه می باشد.

روش¬های مختلفی برای تولید لوله¬های بدون¬درز در صنعت وجود دارد که یکی از مهمترین و کارآمدترین آن¬ها، نورد پیلگر سرد است. از مزایای اصلی این روش می¬توان به کیفیت و طولانی بودن لوله¬های تولیدی اشاره کرد. یکی از چالش¬های اصلی موجود در این فرآیند، به¬وجود آمدن ریزترک¬ها در سطوح داخلی و خارجی لوله¬های تولیدی می¬باشد. تاکنون پژوهش¬های مختلفی برای پیش-بینی محل وقوع و کاهش تعداد و اندازه ریزترک¬های مذکور صورت گرفته است. یکی از رهیافت¬های مهم مورداستفاده در این پژوهش¬ها استفاده از مکانیک آسیب و شبیه¬سازی اجزای محدود بوده است. در این پژوهش نیز هدف آن است که با استفاده از مدل¬های مکانیک آسیب و شبیه¬سازی اجزای محدود به بررسی آسیب در لوله¬های پیلگر شده پرداخته شود. بر اساس دسته¬بندی¬هایی که برای مدل¬های آسیب وجود دارد، مدل¬های آسیب انباشته کاکرافت- لاتهام، لمتر و لمتر اصلاح¬شده (که برای فلزات نرم مورد استفاده قرار می¬گیرند) برای پیش¬بینی آسیب در این فرآیند انتخاب شدند. در ابتدا معادلات هریک از مدل¬های مذکور، به صورت عددی با استفاده از روش نگاشت برگشتی اویلر، در دو حالت سخت¬شوندگی همسان و ترکیبی پیاده¬سازی شدند. در ادامه زیربرنامه vumat هریک از مدل¬های آسیب (برای استفاده در نرم¬افزار آباکوس) آماده شد. به منظور اطمینان از صحت عملکرد زیربرنامه هریک از مدل¬های آسیب نوشته شده، آزمایش¬های کشش میله¬شیاردار، کله¬زنی نمونه¬ مخروطی و کشش- فشار شبیه¬سازی شد. مطابقت نتایج بدست آمده از شبیه¬سازی¬ها با نتایج آزمایش¬های تجربی وشبیه¬سازی¬های عددی مراجع مختلف، صحت زیربرنامه¬های نوشته شده را نشان داد. پس از صحت¬سنجی مدل¬های آسیب، به مدل¬سازی فرآیند پیلگر در نرم¬افزار آباکوس پرداخته شد. در این فصل چالش¬های موجود بررسی و راهکارهایی نیز برای عبور از آن¬ها ارائه شد. پس از مدل¬سازی فرآیند، شبیه¬سازی¬هایی به منظور بررسی تأثیر پارامترهای ِ میزان تغذیه، زاویه چرخش لوله و شرایط اصطکاکی سطوح داخلی و خارجی لوله در دو حالت سخت-شوندگی همسان و ترکیبی، روی میزان آسیب لوله¬های تولیدی در فرآیند پیلگر سرد انجام شد. نتایج بدست آمده نشان داد که مدل آسیب لمتر از آن جهت که بین تنش¬های کششی و فشاری در ایجاد آسیب تفاوتی قائل نمی¬شود، مدل مناسبی برای پیش¬بینی آسیب در فرآیند پیلگر سرد نیست. مدل آسیب انباشته کاکرافت- لاتهام نیز به دلیل اینکه توزیع آسیب مناسبی ارائه نمی¬دهد مانند مدل لمتر مدل کارامدی برای پیش¬بینی آسیب در این فرآیند نیست. از دیگر نتایج بدست آمده اینکه افزایش اصطکاک، افزایش زاویه چرخش و کاهش میزان تغذیه لوله (افزایش فراوانی پاس¬های نورد) باعث افزایش آسیب لوله¬های نورد شده می¬گردد.

روش ذوب گزینشی لیزر یکی از روش¬های ساخت افزودنی است که کاربردهای فراوانی در صنایع خودروسازی، تولید پره توربین، پزشکی و مصارف تزیینی دارد. با توجه به گستردگی حوزه کاربرد روش¬های تولید سریع و به شکل خاص، روش ذوب گزینشی لیزر، بررسی این مواد از نقطه نظر مکانیک آسیب اهمیت می¬یابد. مکانیک آسیب زمینه¬ی تحقیقاتی جدیدی است که رفتار و پاسخ مواد تضعیف شده را بررسی می¬کند. در این پژوهش پیش¬بینی شکست در بارگذاری خستگی کم¬چرخه برای فولاد 316l تولیدشده به¬روش ذوب گزینشی لیزر با استفاده از رهیافت مکانیک آسیب پیوسته به دو روش عددی و تجربی صورت می¬گیرد. بر اساس مشاهدات تجربی، به¬دلیل وجود گرادیان حرارتی بالا و نیز عیوب ذاتی موجود در فرآیند ذوب گزینشی لیزر، نمونه¬های تولید شده با این روش رفتار شبه¬ترد از خود نشان می¬دهند. در راستای مطالعه عددی فرآیند آسیب در نمونه¬های تولید شده، معادلات ساختاری و مدل آسیب ترد- نرم بر مبنای تغییر مکان کوچک معرفی می¬شود. در ادامه، آلگوریتم حل معادلات معرفی و سپس زیربرنامه¬ی آسیب مربوطه تدوین می¬گردد. در گام بعد و به¬روش تجربی، پارامترهای مرتبط با خواص مکانیکی، کار سختی همسان و سینماتیک و پارامترهای آستانه¬ی آسیب برای فولاد 316l تولید شده به¬روش ذوب گزینشی لیزر استخراج می¬شود. سپس کارایی زیربرنامه¬ی تدوین شده در پیش¬بینی رفتار ماده تحت شرایط بارگذاری گوناگون محک زده می-شود. مدل آسیب ترد- نرم کینتزل قادر است تا به پیش¬بینی صحیح رفتار ماده در بارگذاری خستگی بپردازد.

شکل¬دهی نموی ورق¬های فلزی یک روش جدید و مناسب برای تولید قطعات با تعداد پایین است. در این فرآیند به¬کمک یک ابزار ساده¬ی دوار و با حرکت تدریجی آن در یک مسیر از پیش تعیین شده، ورق به شکل مورد نظر تبدیل می¬شود. به دلیل عدم نیاز به قالب خاص، تجهیزات ارزان قیمت و همچنین کاهش نیرو¬های شکل¬دهی، می¬توان به کمک این فرآیند قطعات با اندازه¬های مختلف را با هزینه¬ی کمتری نسبت به روش¬های سنتی مانند کشش عمیق تولید کرد. در پژوهش حاضر، ورق 4v-6al-ti به روش شکل¬دهی نموی گرم الکتریکی به صورت تجربی شکل داده شده و اثر پارامتر-هایی نظیر ضخامت اولیه¬ی ورق، سرعت پیشروی و چرخشی ابزار، گام عمودی حرکت ابزار و مقدار جریان عبوری از مدار، بر شکل¬پذیری و حد¬اکثرعمق قطعه¬ی مخروطی با زاویه¬ی دیواره¬ی متغیر بررسی شده است. کیفیت سطح قطعات تولیدی تحت شرایط مختلف و تاثیر روانکار بر کاهش زبری سطوح بررسی شده است. برای بررسی دقت ابعادی، مدل ابر نقطه¬ی تعدادی از قطعات تهیه شده و مقدار انحراف هندسه¬ی تولیدی از هندسه¬ی ایده¬آل به کمک نرم¬افزار کتیا تعیین شده است. سختی قطعه¬ی تولیدی با استفاده از آزمون ریز¬سختی ویکرز اندازه¬گیری و تغییر مقدار سختی در راستای عمق قطعه، بررسی شده است. علاوه بر آزمون¬های تجربی، فرآیند شکل¬دهی نموی گرم ورق در نرم¬افزار اجزای محدود آباکوس شبیه¬سازی شده است. برای صحت¬سنجی مدل¬سازی، نتایج شبیه¬سازی شامل هندسه و ضخامت قطعه با نتایج تجربی مقایسه و میزان تطبیق نتایج بررسی شده است. دمای شکل¬دهی و مقدار جریان ورودی به مدار تاثیر بسیار زیادی بر شکل¬پذیری ورق داشته و با افزایش ضخامت ورق مقدار جریان لازم برای شکل¬دهی افزایش می¬یابد. با کاهش سرعت پیشروی، کاهش گام عمودی و افزایش ضخامت ورق، حداکثر زاویه¬ی شکل¬دهی افزایش می¬یابد. بیشترین انحراف قطعه¬ی شکل¬دهی شده از هندسه¬ی ایده¬آل در دهانه¬ی قطعه اتفاق می¬افتد. زبری سطح داخلی قطعه نسبت به سطح بیرونی آن بیشتر بوده و با به کار بردن روانکار و کاهش گام عمودی، کیفیت سطح قطعه بهبود می¬یابد. با پیشروی در راستای عمق قطعه سختی افزایش می¬یابد. پروفیل تجربی و شبیه¬سازی هم¬خوانی خوبی داشته و توزیع ضخامت قطعه¬ی شبیه¬سازی شده نیز تطبیق قابل قبولی با توزیع ضخامت تجربی دارد.

این پایان نامه به بررسی اثر فاق در عمر خستگی فولاد "hsla100 " که دارای ویژگی های منحصر به فرد می باشد و عمدتا در صنایع دریایی استفاده می شود، می پردازد. تست های تجربی بر روی نمونه های استوانه ای ساده و فاقدار این فولاد انجام شده و مشخصات مکانیکی و هم چنین نمودار "s-n" نمونه ساده و نمونه فاقدار بدست آمده اند. سپس توسط نظریه ضعیف ترین عضو که روشی آماری و تحلیلی است و نظریه های دیگر که عمدتا بر اساس آزمایشات تجربی هستند ( پترسون ، نیوبر ، تغییرات تنش ، فاصله بحرانی ) عمر خستگی نمونه فاقدار بدست می آید. نمودار های "s-n" و ضریب تمرکز تنش خستگی (k_f ) توسط تمامی روش ها بدست آمده و با داده های حاصل از آزمایش مقایسه شده است و نظریه ضعیف ترین عضو از نظر سازگار بودن با آنالیز المان محدود، دقت پیش بینی، و در دسترس بودن پارامتر های مورد نیاز به عنوان مناسب ترین روش برای ارزیابی خستگی نمونه فاقدار انتخاب شده است.

یکی از چالش های مهمی که این سنسور ها با آن مواجه بوده اند کوپل بودن اثر دما و کرنش بر پاسخ آنهاست.آخرین تلاش های صورت گرفته برای حل این مشکل منجر به ارئه ی سنسورهای fbg ساختار ویژه(sfbg) با پوشش نازک فلزی بر روی فیبر شده است که قابلیت برای اندازه گیری همزمان دما و کرنش را دارد. پژوهش حاضر به منظور ارائه ی یک مدل عددی برای پیش بینی رفتار همین سنسورهای fbg ساختار ویژه و فراهم آوردن ابزاری برای طراحی این قبیل سنسورها انجام شده است. در همین راستا فرایند مدل سازی اپتو- مکانیکی سنسورهای fbg ، بدست آوردن معادلات حاکم بر رفتار آنها و چگونگی تعمیم دادن این معادلات به سنسور های fbg ساختار ویژه ارائه شده است. در ادامه، مدل-سازی اجزا محدود سنسورهای fbg دارای پوشش فلزی آورده شده و نحوه حل عددی معادله دیفرانسیل حاکم بر رفتار اپتیکی این سنسورها بیان شده است. نتایج شبیه سازی با پژوهش های تجربی گذشته مقایسه شده است. تاثیر پارامترهای هندسه ی پوشش بر رفتار نهایی سنسور به کمک مدل فوق مورد بررسی قرار گرفته است و روش اندازه گیری همزمان دما و کرنش نیز برای یک سنسور نمونه، توضیح داده شده است.

چکیده ندارد.

روش ساخت افزودنی fdm که براساس اکستروژن سیم های پلیمری با استفاده از حرارت استوار است، یکی از شناخته شده ترین و پرکاربردترین روش های ساخت افزودنی می باشد که از ماده ی اولیه جامد استفاده می کند. این روش به دلیل داشتن قابلیت برای ساخت قطعات پلاستیکی حتی با هندسه پیچیده در مدت زمان رضایت بخش، رتبه ی بی نظیری را در بازارهای دنیا به خود اختصاص داده است. اما با توجه به انتقال جرم و گرما، تغییرات فاز و بارگذاری های مکانیکی که به صورت همزمان وجود دارد و نیز با توجه به تکرار چرخه های گرم گشتن و خنک شدن در طول لایه نشانی رشته های اکسترود شده در فرآیند fdm، قطعات ساخته شده به این روش از هندسه طراحی شده درمدل cad فاصله می گیرند. بیشترین نقص ها در قطعات شامل تغییر شکل به صورت تاب برداشتن واعوجاج می باشد که به تجمع تنش پسماند در طول فرآیند نسبت داده می شود. در طول این فرآیند، پلیمر abs نیز، فازهای گوناگونی را تجربه می کند؛ جامد، مذاب و دوباره جامد شدن. در این پژوهش، توزیع دمایی، اعوجاج و تنش پسماند در قطعات ساخته شده به روش fdm مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین رفتار ماده در طول فرآیند ارزیابی شده است. از آن جا که به علت طبیعت ویسکوالاستیک پلیمرها، تأثیر دما و زمان بر خواص آن ها در مقایسه با سایر مواد بسیار زیاد است خواص ویسکوالاستیک با استفاده از مدل سری پرونی تعریف شده و توسط داده های به دست آمده از آزمایش کشش، ضرایب سری پرونی، مدول الاستیسیته، مدول بالک و مدول برشی محاسبه گردیده است. همچنین با به کارگیری روش اجزای محدود از طریق تهیه ی یک کد پارامتریک به زبان apdl، در نرم افزار ansys به شبیه سازی این فرآیند توسط تابع تولد-مرگ پرداخته شده است و توزیع دمایی، اعوجاج و تنش پسماند در قطعات ساخته شده محاسبه گردیده است. پس از آن که توزیع دمایی استخراج شد، نتایج آن به عنوان ورودی برای محاسبه ی اعوجاج و تنش پسماند مورد استفاده قرار می گیرد. بیشترین تنش پسماند در سطح زیرین قطعه که در تماس با صفحه ی ساخت است مشاهده گردید. با ادامه یافتن لایه نشانی مقدار تنش پسماند در قطعه نیز بیشتر می شود. زیرا تعداد چرخه های گرمایش و خنک کاری و فاصله ی زمانی بین چرخه ها افزایش می یابد. اعتبار سنجی توزیع دمایی و اعوجاج مدل شبیه سازی شده با نتایج حاصل از آزمایشات تجربی مقایسه شده و مطابقت خوبی مشاهده گردید. این تطابق بیانگر آن است که مدل انتخاب شده رفتار ماده را به درستی بیان می کند. بنابراین، قابلیت تعمیم آن، برای انواع پلیمرهای ترموپلاستیک وجود دارد. از آن جا که اعوجاج قطعه ناشی از تجمع تنش پسماند می باشد، می توان از این مدل برای پیش بینی تنش پسماند تیز استفاده نمود. کلمات کلیدی: روش های ساخت افزودنی، fdm، ویسکوالاستیک، شبیه سازی اجزای محدود، تنش پسماند

فرآیند شکل دهی حرارتی یک از روش های رایج شکل دهی پلیمرهای گرما نرم است. شبیه سازی فرآیندهای شکل دهی حرارتی به منظور تولید قطعه با کم ترین هزینه و بیشترین کیفیت در نرم افزارهای اجزای محدود انجام می شود. در این پژوهش، هدف مدل سازی یک فرآیند شکل دهی حرارتی و بررسی اثر پارامترهای فرآیند بر کیفیت قطعه نهایی است. بدین منظور شکل دهی یک قطعه مستطیلی شکل از جنس پلیمر hips در نرم افزار اجزای محدود abaqus انجام گرفت. رفتار ماده با استفاده از قابلیت زیربرنامه نویسی نرم افزار تعریف گردید. صحت سنجی زیربرنامه با انجام آزمون های برش خالص در نرخ کرنش ثابت انجام شد. به دلیل تقارن یک چهارم جسم در نرم افزار مدل سازی گردید. اثر چهار پارامتر ضریب اصطکاک، سرعت قالب، ابعاد ورق و دمای ورق بر کیفیت قطعه نهایی بررسی گردید. افزایش ضریب اصطکاک بیشترین اثر را بر توزیع ضخامت قطعه نهایی دارد.

این رساله به توسعه روش سلول محدود در حل عددی مسایل مکانیک آسیب اختصاص دارد. روش سلول محدود یک روش عددی بر مبنای اجزاء محدود مرتبه بالا است که از شبکه های بسیار ساده برای گسسته سازی میدان حل استفاده می کند و هزینه تولید شبکه را به طور قابل توجهی کاهش می دهد. مکانیک آسیب برای تحلیل شکست مواد با استفاده از چارچوب مکانیک محیط های پیوسته اختصاص دارد. در این رساله برای تحلیل شکست نرم فلزات از یک فرمول بندی غیر محلی انتگرالی استفاده شده است. روابط غیر محلی مشکل وابستگی حل عددی به اندازه شبکه را مرتفع می سازد و از قدرت سریع همگرایی بهره می برد. همچنین آزمایش تجربی برای راستی آزمایی نتایج بر روی آلیاژ آلومینیوم 7075t6 انجام شده است.

پوشش های کامپوزیتی بیشتر جهت افزایش مقاومت به سایش و خوردگی مورد استفاده قرار می‎گیرند. در این پژوهش فرآیند پوشش دهی به کمک لیزر جهت ایجاد پوشش کامپوزیتی نیکل – کاربید تیتانیوم، از نظر تجربی و اجزای محدود مورد بررسی قرار گرفته است. در بررسی تجربی این فرآیند توسط دو لیزر co2 و nd:yag مورد ارزیابی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد ذرات تیتانیوم کاربیاد در فرآیند پوشش دهی ذوب نشده و درون زمینه نیکل به صورت جامد توزیع می‎شوند. نتایج نشان می دهد با افزایش میزان کاربید تیتانیوم در پوشش، مقاومت به سایش پوشش می یابد. در بررسی اجزا ی محدود، فرآیند پوشش دهی به کمک لیزر، جهت تعیین توزیع دما و تنش، مدلسازی می شود. از تکنیک فعال و غیر فعال شدن المان ها برای شبیه سازی استفاده شده است. تنش پسماند ایجاد شده در پوشش از نوع فشاری است و با افزایش میزان کاربید تیتانیوم پوشش، این تنش افزایش می‎یابد.