در این پایان نامه با استفاده از یک روش نیمه تحلیلی به نام روش حلقه محدود رفتار کمانشی پوسته های استوانه ای ساخته شده از مواد کامپوزیتی لایه ای بررسی شده است. روش حلقه محدود در واقع برگرفته از روش نوار محدود است و برای اولین بار توسط نگارنده پایان نامه به کار گرفته شده است. در این روش به جای المان نوار از المانی به نام حلقه استفاده می شود. با توجه به اینکه موضوع مورد بحث پوسته های استوانه ای است، لذا در ابتدا تئوری های مربوط به تغییر مکان و کرنش پوسته ها ارائه شده اند. ابتدا یک حلقه محدود معرفی شده است و توابع مناسب برای بیان تغییر مکان نقاط این حلقه هنگام اعمال بار، پیشنهاد شده اند. این توابع به صورت حاصلضرب توابع هارمونیک در محیط حلقه و توابع شکل چند جمله ای در عرض حلقه می باشند. سپس با استفاده از روش انرژی و محاسبه انرژی کرنشی و همچنین انرژی پتانسیل ناشی از بارهای اعمالی، ماتریس-های سفتی الاستیک و هندسی برای یک حلقه محاسبه شده اند. با استفاده از یک کد عددی به زبان برنامه نویسی فرترن ماتریس های مربوط به حلقه ها روی همگذاری شده و ماتریس های سفتی الاستیک و هندسی کل سازه حاصل شده اند. در ادامه با حل معادله به دست آمده که یک معادله مقدار ویژه تعمیم یافته می باشد بار کمانش سازه محاسبه شده است. به منظور بررسی صحت، نتایج حاصل از تحقیق حاضر با نتایج حاصل از روش المان محدود و نیز نتایج ارائه شده در برخی از مقالات موجود مقایسه شده اند. انطباق بین نتایج مقایسه شده حاکی از مناسب بودن روش حلقه محدود جهت تحلیل پوسته های استوانه ای است.

در این پژوهش با بهره گیری از روش نوار محدود به تحلیل کمانش پوسته های استوانه ای کامپوزیتی چند لایه و مواد هدفمند پرداخته شده است. معادلات تعادل با کمک مینیمم-سازی انرژی پتانسیل به شکل ماتریسی استخراج گردیده است و به شکل ماتریس های سختی هندسی و الاستیک برای یک نوار محدود ارائه شده است. با به کارگیری روش روی هم گذاری ماتریس های سختی الاستیک و هندسی جهت یک پوسته استوانه ای که با نوارهای محدود تقسیم شده است، معادلات تعادل سازه به شکل یک مساله مقدار ویژه استخراج می شوند. به منظور حل مساله مقدار ویژه از روش حل عددی تجزیه ماتریسی چولسکی و الگوریتم تکرار qr استفاده شده است. پس از بررسی همگرایی کد عددی تهیه شده به زبان برنامه نویسی فرترن ، رفتار کمانشی پوسته های استوانه ای تحت بارگذاری های منفرد و ترکیبی(نیروی محوری فشاری، فشار خارجی، پیچش) مطالعه گردیده است. به منظور تحلیل از تئوری های کلاسیک دانل، سندرس-کویتر، فلوگه و نووژیلف و تئوری تغییرشکل برشی سندرس-کویتر استفاده شده و اثرات ضخامت پوسته بر دقت تئوری های کلاسیک و تغییرشکل برشی مورد بررسی قرار گرفته است. شرایط تکیه گاهی ساده-ساده، ساده-گیردار و گیردار-گیردار باهم مقایسه شده است. با تمرکز بیشتر بر آرایش های متقارن، لایه چینی های ، و مورد مطالعه قرار گرفته اند؛ علاوه بر این، بارهای کمانش در آرایش های نامتقارن و نیز مواد هدفمند بررسی شده است. پوسته هایی استوانه ای با شعاع 200 میلی متر و طول های 200، 400 و 800 میلی متر و ضخامت های 1، 4، 8، 16، 20 و 30 میلی متر به منظور مطالعه رفتار کمانش پوسته های استوانه ای انتخاب شده اند. علاوه بر بار کمانش، در برخی حالات شکل مد بحرانی کمانش نیز ارائه شده است. برای تایید نتایج حاصل از تحقیق حاضر، حل موجود با نتایج نرم افزار انسیس مقایسه شده است. لازم به ذکر است که در مطالعات انجام شده بر رفتار کمانشی پوسته های استوانه ای تا کنون به کمک روش نوار محدود، اثرات پیچش به تنهایی و همچنین تداخل بارهای توأم فشار خارجی، فشار محوری و پیچش بررسی نشده است. همچنین نوآوری دیگر پژوهش حاضر، بررسی رفتار کمانشی پوسته های ساخته شده از مواد هدفمند است که تا به حال چنین تحلیلی بر روی پوسته های استوانه ای با روش نوار محدود انجام نشده است.

در این پایان نامه رفتار کمانشی مکانیکی و حرارتی پوسته های استوانه ای ساخته شده از مواد مرکب چندلایه در یک محیط الاستیک پیوسته، با استفاده از روش نیمه تحلیلی حلقه محدود بررسی شده است. روش حلقه محدود برگرفته از روش نوار محدود است که در آن به جای المان نوار از المان حلقه استفاده می شود. با توجه به اینکه موضوعات مورد بحث، پوسته های استوانه ای، اثرات تغییرات درجه حرارت و بستر الاستیک است، در ابتدا تئوری-های مربوط به تغییرمکان و کرنش پوسته ها، روش های مدل سازی بسترهای الاستیک و روابط مربوط به کرنش و تنش های حرارتی در مواد کامپوزیتی ارائه شده اند. با معرفی یک حلقه محدود و پیشنهاد توابع مناسب برای بیان تغییرمکان نقاط این حلقه هنگام اعمال بارهای مکانیکی و حرارتی و نیز استفاده از روش انرژی و محاسبه کرنش و همچنین انرژی پتانسیل ناشی از بارهای اعمالی و نیز انرژی مربوط به بستر الاستیک که بر اساس مدل بستر الاستیک خطی وینکلر و پسترناک به دست می آیند، ماتریس های سختی الاستیک و هندسی برای یک حلقه محدود محاسبه شده اند. با استفاده از کد عددی به زبان برنامه نویسی فرترن، ماتریس های مربوط به حلقه ها رویهم گذاری شده و ماتریس های سختی الاستیک و هندسی کل سازه حاصل شده است. سپس با حل معادلات به دست آمده که یک معادله مقدار ویژه تعمیم یافته می باشد، بار کمانش سازه و تغییرات درجه حرارت بحرانی کمانش محاسبه می شوند. همچنین به منظور بررسی اثرات تغییرات سختی بستر الاستیک بر روی رفتار کمانشی سازه مطالعات پارامتری صورت گرفته است. به منظور بررسی صحت روش، نتایج به دست آمده با نتایج حاصل از روش المان محدود مقایسه شده اند. نتایج به دست آمده حاکی از مناسب بودن روش حلقه محدود جهت تحلیل کمانش مکانیکی و حرارتی سازه های استوانه ای در محیط الاستیک است.

ورق¬¬ها و لوله¬ها کاربردهای زیادی در تمام زمینه¬های مهندسی دارند و اغلب این قطعات دارای ترک¬هایی کوچک می¬باشد که امکان رشد و گسترش این ترک¬ها در نتیجه کاهش طول عمر در اثر اعمال بار در این قطعات وجود دارد. مطالعات و تحقیقات زیادی برای افزایش طول عمر قطعات آسیب دیده انجام شده که در این تحقیقات استفاده از چسب برای چسباندن وصله بر¬روی سازه صدمه دیده روشی کارامد معرفی شده است. وصله¬ها اغلب از جنس فلز و یا کامپوزیت بوده که استفاده از تقویت کننده¬های کامپوزیتی به دلیل استحکام بالا و وزن کم این مواد دارای کاربردهای بیشتری می¬باشند. مطالعات مربوط در مورد استفاده از وصله برای تعمیر قطعه آسیب دیده با استفاده از تست¬های آزمایشگاهی، روش¬های تحلیلی و یا روش¬های عددی المان محدود و المان مرزی بوده و در این تحقیقات از روش عددی المان محدود توسعه یافته کمتر استفاده شده است. در این تحقیق تاثیرتعمیر بوسیله چسب و وصله¬های ایزوتروپ و کامپوزیتی در کاهش ضرایب شدت تنش برای صفحات و لوله¬های دارای ترک تعمیر شده با روش المان محدود توسعه یافته مورد مطالعه قرار گرفته و بدین منظور از مدل¬های سه بعدی برای تحلیل استفاده شده است. تاثیر ابعاد هندسی و خواص مکانیکی(ابعاد، ضخامت و جنس) و زاویه چیدمان الیاف کامپوزیتی وصله و همچنین ضخامت و مدول برشی چسب بر میزان ضرایب شدت تنش مورد مطالعه قرار گرفت. در قسمت مربوط به صفحات تعمیر شده، مسئله با دو روش المان محدود و المان محدود توسعه یافته حل می¬گردد و مقایسه¬ای بین نتایج بدست آمده از این دو روش انجام شد. نتایج نشان داد استفاده از چسب و وصله به میزان قابل توجهی باعث کاهش ضرایب شدت تنش می¬گردد و در نتیجه باعث بالا رفتن طول عمر قطعه آسیب دیده خواهد شد.

این پژوهش به مطالعه ی فرآیند پهن شدگی جانبی در لوله های فلزی و کامپوزیتی جدارنازک توخالی و پرشده از فوم پلی اورتان و لاستیک تحت فشار جانبی بین دو صفحه ی صلب مسطح می پردازد. میزان جذب انرژی لوله ها با مقاطع و جنس های مختلف قرار گرفته بین دو صفحه ی صلب تحت بارگذاری جانبی شبه استاتیکی به روش های تئوری و تجربی بررسی می شود. در روش تئوری، محاسبات با ارائه یک مدل جدید تغییرشکل برای لوله های کامپوزیتی و با استفاده از روش انرژی انجام می شود. در روش تجربی، روشی نوین جهت ساخت ستون های کامپوزیتی با مقاطع مختلف ارائه شده و با انجام آزمایش های متعدد فشار جانبی در حالت شبه استاتیکی بر روی نمونه ها، نتایج بررسی می شوند و سپس صحت و دقت روابط تئوری ارائه شده بررسی می گردد. علاوه براین، در این پایان نامه، ایده های استفاده از: پرکننده ی فوم پلی اورتان درون لوله های کامپوزیتی، لوله های فلزی با لایه های محیطی کامپوزیتی، ستون های کامپوزیتی با مقاطع مختلف، پرکننده های لاستیک پلیمری درون لوله های فلزی و ایجاد شیار اولیه برروی سازه ها طی فرآیند پهن شدگی جانبی برای اولین بار به انجام می رسند.

در این پژوهش با استفاده از روش رهایی پویا به تحلیل خطی و غیرخطی خمش صفحات یک یا چندلایه ویسکوالاستیک پرداخته شده است. رفتار هر لایه بصورت ایزوتروپیک یا ارتوتروپیک در نظر گرفته شده است و رفتار مکانیکی مواد ویسکوالاستیک با استفاده ازسری پرونی مدل شده است. میدان جابجایی با استفاده از تئوری برشی مرتبه بالای دو متغیره و چهار متغیره در نظر گرفته شده است. معادلات حاکمه با استفاده از روش کار مجازی بدست آمده است. به منظور حل معادلات حاکمه کوپل غیرخطی از روش رهایی پویا بههمراه روش تفاضل محدود استفاده شده است و بدین منظور یک برنامه کامپیوتری در نرمافزار متلب تهیه شده است. جواب های بدست آمده با تحقیقات پیشین مقایسه شده و تطابق بسیار خوبی در نتایج حاصله مشاهده شده است.

تمامی مدل های ریاضی تجربی ارائه شده بر اساس نتایج آزمایشگاهی توسط افرادی خاص بوجود آمده اند، بنابراین در واقع مدل های ریاضی ارائه شده فقط برای ماده کامپوزیتی مورد آزمایش و شرایط موجود نتیجه کاملا دقیقی خواهند داشت. تعمیم این معادلات برای کامپوزیت های دیگر ساخته شده با مواد متفاوت، شرایط متفاوت و نسبت حجمی های متفاوت با خطا مواجه خواهد بود. حال این سوال مطرح می شود که پیش بینی مدل های نسبتا قدیمی ارائه شده برای خصوصیات مکانیکی کامپوزیت ها در مورد این مواد جدید چقدر دقیق خواهد بود. برای بررسی این موضوع از نرم افزار اجزا محدود ansys برای شبیه سازی ماده کامپوزیتی به صورت دقیق و مرحله به مرحله استفاده می شود. نکته متمایز کننده در شبیه سازی کامپوزیت با فایبر های تصادفی در این پروژه، کد نویسی یک موتور تولید کننده فایبر های تصادفی با زبان برنامه نویسی apdl در نرم افزار ansys ورژن 14/5 است.