زمانی که موج انفجار به سمت بیرون از مرکز انفجار حرکت می کند، با فاصله گرفتن از خرج، به علت افزایش شعاع می توان آن را بصورت صفحه ای در نظر گرفت. این واقعیت باعث شده است تا بیشتر محققین، آزمایش های خود را در فواصل نسبتا دور انجام داده تا بتوانند بارگذاری را یکنواخت فرض کنند. در این پایان نامه سعی شده است تا شرایط کروی بودن موج انفجار و همچنین موج تخلیه مدلسازی شده و از ساده سازی هایی که دیگر محققین برای بدست آوردن پروفیل فشار انفجار انجام داده اند، اجتناب شود. بر این اساس برنامه ای در نرم افزار matlab نوشته شده تا بتواند حجم زیاد محاسبات را انجام دهد. در ادامه روند محاسبات با آزمایش صحت سنجی شد. روش های اندازه گیری مختلفی بررسی گردیده و در نهایت روش پاندولی به عنوان مناسب ترین روش برای صحت سنجی انتخاب گردید. انطباق خوبی بین نتایج آزمایش با نتایج حاصل از محاسبات دیده شد. تحلیل ها نشان داد که افزایش فاصله گرچه باعث صفحه ای شدن موج شده اما بدلیل تخلیه بیشتر فشار در فواصل دور، شرایط بارگذاری به سمت عدم یکنواختی میل می کند. همچنین افزایش جرم خرج اگر چه زیاد بر غیر صفحه ای شدن موج اثر ندارد اما به شدت می تواند یکنواختی را افزایش دهد.

پوسته های مخروطی به خاطر شکل خاص آیرودینامیکی، سازه اصلی دماغه وسایل حمل و نقل هوا-فضایی و زیر دریایی ها را تشکیل می دهند. کاربرد کامپوزیت ها در این سازه ها به دست یابی نسبت های وزن به استحکام پایین منتهی خواهد شد. به علت نوع کاربرد، اغلب این سازه ها تحت فشار خارجی هستند. در این حالت خاص طراحی بر اساس پایداری و استحکام سازه و در عین حال کاهش هزینه و کاهش وزن اهمیت زیادی دارد. بدین منظور درپروژه حاضر هدف ،رسیدن به یک رابطه تجربی برای فشار کمانش، فشار پس کمانش و بهینه سازی این پارامتر ها بر اساس افزایش وزن نمونه های تقویت شده و نیز تأثیر فاکتورهای مختلف بر این فشارهابوده است. فاکتورهای مورد بررسی در این پروژه 4 فاکتور اندازه مخروط ها، تعداد لایه ها، تعداد تقویت کننده طولی و تعداد تقویت کننده حلقوی است. برای نیل به این هدف نمونه های کامپوزیتی از الیاف بافته شده شیشه با زمینه رزین اپوکسی و تقویت کننده های طولی وحلقوی و براساس یک نرم افزار بهینه سازی آزمایشات ساخته شد. در ساخت تقویت کننده ها از یک روش ابداعی استفاده گردید.

بررسی رفتار سازه های مقاوم در برابر اثر تخریبی موج حاصل از انفجار در بسیاری از موارد از جمله کاهش تلفات و خسارات و نیز افزایش ایمنی بدنه هواپیماها، کشتی ها و ساختمان ها بسیار حائز اهمیت است. برای مطالعه پاسخ یک سازه تحت بارگذاری انفجاری می توان از روش های تجربی، المان محدود و مدل های تحلیلی بهره گرفت. مدل های تحلیلی اگرچه با درنظر گرفتن فرضیات ساده ساز دقت جواب ها را کاهش می دهند اما می توانند در موارد بسیاری جایگزین کارآمدی برای آزمایش های تجربی و مدل های المان محدود باشند. نتایج این مدل ها تکرارپذیر و نسبتاً سریع الوصول هستند و با استفاده از آنها در هزینه های غیرضروری آزمایش های تجربی و روش المان محدود صرفه جویی می شود. در این تحقیق، رفتار ورق های مستطیلی کاملاً گیردار تحت بارگذاری انفجاری بررسی شده است. مدل بارگذاری با درنظر گرفتن همزمان اثرات کروی بودن موج بلاست و موج تخلیه بهبود داده شده و با نتایج تجربی صحت سنجی شده است. این مدل در روابط حاکم بر رفتار ورق-ها بکار رفته است تا به کمک آن، ماکزیمم خیز و ضخامت ایمن در برابر پارگی برای صفحات مربعی با ابعاد مختلف بدست آید. نتایج نشان می دهند که اختلاف در مقدار ضخامت ایمن برای صفحات با ابعاد مختلف در فواصل نزدیک به خرج زیاد است و با دور شدن از خرج این اختلاف کاهش می یابد. همچنین، دامنه تغییرات مقدار ضخامت ایمن با افزایش اندازه صفحه کاهش می یابد. یک رابطه بر حسب پارامترهای تأثیرگذار بر ضخامت مطمئن در برابر پارگی ارائه شده که مقدار ضخامت ایمن را برای صفحات با ابعاد مختلف نتیجه می-دهد. می توان ماکزیمم خیز را برای صفحات با ابعاد مختلف توسط معادله بدست آمده محاسبه کرد. یکنواختی ایمپالس در فواصل مختلف از خرج نیز بررسی شده و نشان داده شد برای هر صفحه یک فاصله بهینه از خرج وجود دارد که یکنواخت ترین حالت بارگذاری در آن اتفاق می افتد؛ این نتیجه با استفاده از نرم افزار المان محدود ls-dyna صحت سنجی و تأیید شده است؛ در نهایت، رابطه ای ارائه شده که فاصله بهینه را برای صفحات با ابعاد مختلف نتیجه می دهد.

کوتاه شدن زمان تولید یکی از تمایلات بزرگ تولید کنندگان به منظور افزایش سرعت ارسال محصولاتشان به بازار است. روش های نمونه سازی سریع در دهه هشتاد برای فائق آمدن بر این مسئله ایجاد شدند. در این مطالعه تف جوشی لیزری پودر فلز به منظور بررسی بیشتر انتخاب شده است. این روش قادر است تا قطعات فلزی را بدون نیاز به هیچ پس پردازشی مستقیما از پودر فلز تولید نماید. با توجه به تحقیقات به عمل آمده دستگاهی طراحی شده است تا قادر به تولید قطعات تف جوشی لیزری باشد به گونه ای که بتواند پارامتر های بهینه فرآیند را ایجاد نماید. علاوه بر این امکان وجود پیش گرم نیز در این دستگاه لحاظ شده است. جهت حفاظت قطعات از گاز های فعال، محفظه ای طراحی شده که می تواند از ورود اکسیژن محیط به داخل آن جلوگیری کند و تا پایان تولید تمامی عملیات داخل این محیط محافظ صورت می گیرد. پس از مطالعه پارامتر های مختلف لازم است تا یک سری آزمایش ها در جهت شناخت بیشتر فرآیند صورت گیرد. به این منظور آزمایش های بر روی پودر فولاد ضدزنگ صورت گرفت. این آزمایش ها تاثیر پارامتر های فرآیند را بر روی خصوصیات ظاهری قطعات تولید شده به صورت تک لایه نشان می دهد. آزمایش ها مختلفی به منظور بهینه سازی پارامتر های فرآیند صورت گرفته و در پایان نمونه ای با شرایط بهینه ساخته شده است.

نظر به اهمیت رفتار استاتیکی و دینامیکی سازه ها تحت بارگذاری داخلی در این تحقیق رفتار استاتیکی، شبه استاتیکی و دینامیکی پوسته های جدار نازک تحت بارگذاری داخلی، مورد بررسی قرار گرفت. به همین منظور طراحی وساخت دستگاه بارگذاری هیدرو استاتیکی که دارای توانمندی ایجاد فشار، در بازه وسیعی از نرخ های کرنش (1/s ) تا (1/s 1) را دارا باشد در دستور کار قرار داده شد. یک سری آزمایشات بر روی استوانه های جدار نازک از جنس آلومینیوم6063، انجام گرفت.نمونه ها در سه ابعاد هندسی مختلف با ضخامت یکسان با فرایند ساخت اکستروژن و تحت عملیات حرارتی آماده سازی شد.همچنین آزمایشات استاتیکی بر روی سازه استوانه مخروط ازجنس آلومینیوم 1050 در سه مقیاس مختلف انجام شد. بارگذاریها با نرخ وسیعی از (mpa/s)0.0035 تا(mpa/s) 145بر روی نمونه ها, تا مرز شکست سازه اعمال شد واطلاعات انها توسط دستگاه ثبت گردید. بررسیها بر روی میزان تغییر فرم نهایی,فشار شکست نهایی و نیززمان بارگذاری و نرخ کرنش سازه ها صورت گرفت.مطابق نتایج بدست آمده فشار شکست استاتیکی استوانه ها تابعی از جنس و هندسه سازه میباشدوبه طوری که با افزایش قطر سازه با ضخامت یکسان تا میزان 50%, فشار شکست آن به مقدار35% کاهش مییابد. همچنین هنگامی که نرخ بار گذاری و در نتیجه نرخ کرنش بالا میرود, مقاومت سازه نیز افزایش یافته و فشار شکست آن بیشتر میشود.در این سازه از جنس آلومینیوم 6063 , افزایش تنش جریان دینامیکی سازه در نرخ کرنش میانه (1/s 1), در حدود 18% به دست آمد. همچنین مشاهده شد که با افزایش نرخ کرنش میزا ن کرنش نهایی استوانه ها افزایش می یابد. در این کار یک مدل نیمه تجربی برای رابطه تاثیر نرخ کرنش برافزایش تنش جریان ماده ارایه گردید و نیز یک مدل برای پیش بینی شکست استاتیکی سازه های استوانه ای ارائه شد. همچنین با استفاده از نتایج آزمون ها ضرایب حساسیت به نرخ کرنش مدل cowper-symonds برای آلیاژ al6063 به دست آمد. در بررسی های تستهای استاتیکی بر روی نتایج نمونه های استوانه مخروط مطابق پیش بینی حاصل از تئوری های استوانه دیده شد به طوری که فشار شکست استاتیکی در این نمونه ها در میان حد بالای شکست و حد پایین شکست استانیکی قرار گرفت. همچنین این نتایج با نتایج پوسته های استوانه ای با شعاع یکسان مقایسه شد و مشاهده گردید که نتایج بسیار به هم نزدیک است و میزان اختلاف فشار شکست در دو نمونه استوانه و استوانه مخروط با شعاع یکسان در حدود 1% مشاهده گردید. این مسئله نشان می دهد که تئوریهای استوانه برای استوانه مخروط نیز می تواند با دقت خوبی مورد استفاده قرار گیرد.

چکیده: نظر به اهمیت رفتار استاتیکی و دینامیکی سازه ها تحت بارگذاری داخلی در این تحقیق رفتار استاتیکی، شبه استاتیکی و دینامیکی پوسته های جدار نازک تحت بارگذاری داخلی، مورد بررسی قرار گرفت. به همین منظور طراحی وساخت دستگاه بارگذاری هیدرو استاتیکی که دارای توانمندی ایجاد فشار، در بازه وسیعی از نرخ های کرنش (1/s ) تا (1/s 1) را دارا باشد در دستور کار قرار داده شد. یک سری آزمایشات بر روی استوانه های جدار نازک از جنس آلومینیوم6063، انجام گرفت.نمونه ها در سه ابعاد هندسی مختلف با ضخامت یکسان با فرایند ساخت اکستروژن و تحت عملیات حرارتی آماده سازی شد.همچنین آزمایشات استاتیکی بر روی سازه استوانه مخروط ازجنس آلومینیوم 1050 در سه مقیاس مختلف انجام شد. بارگذاریها با نرخ وسیعی از (mpa/s)0.0035 تا(mpa/s) 145بر روی نمونه ها, تا مرز شکست سازه اعمال شد واطلاعات انها توسط دستگاه ثبت گردید. بررسیها بر روی میزان تغییر فرم نهایی,فشار شکست نهایی و نیززمان بارگذاری و نرخ کرنش سازه ها صورت گرفت.مطابق نتایج بدست آمده فشار شکست استاتیکی استوانه ها تابعی از جنس و هندسه سازه میباشدوبه طوری که با افزایش قطر سازه با ضخامت یکسان تا میزان 50%, فشار شکست آن به مقدار35% کاهش مییابد. همچنین هنگامی که نرخ بار گذاری و در نتیجه نرخ کرنش بالا میرود, مقاومت سازه نیز افزایش یافته و فشار شکست آن بیشتر میشود.در این سازه از جنس آلومینیوم 6063 , افزایش تنش جریان دینامیکی سازه در نرخ کرنش میانه (1/s 1), در حدود 18% به دست آمد. همچنین مشاهده شد که با افزایش نرخ کرنش میزا ن کرنش نهایی استوانه ها افزایش می یابد. در این کار یک مدل نیمه تجربی برای رابطه تاثیر نرخ کرنش برافزایش تنش جریان ماده ارایه گردید و نیز یک مدل برای پیش بینی شکست استاتیکی سازه های استوانه ای ارائه شد. همچنین با استفاده از نتایج آزمون ها ضرایب حساسیت به نرخ کرنش مدل cowper-symonds برای آلیاژ al6063 به دست آمد. در بررسی های تستهای استاتیکی بر روی نتایج نمونه های استوانه مخروط مطابق پیش بینی حاصل از تئوری های استوانه دیده شد به طوری که فشار شکست استاتیکی در این نمونه ها در میان حد بالای شکست و حد پایین شکست استانیکی قرار گرفت. همچنین این نتایج با نتایج پوسته های استوانه ای با شعاع یکسان مقایسه شد و مشاهده گردید که نتایج بسیار به هم نزدیک است و میزان اختلاف فشار شکست در دو نمونه استوانه و استوانه مخروط با شعاع یکسان در حدود 1% مشاهده گردید. این مسئله نشان می دهد که تئوریهای استوانه برای استوانه مخروط نیز می تواند با دقت خوبی مورد استفاده قرار گیرد.

بررسی انفجار زیر آب نقش مهمی در کاهش خسارات وارد به بدنه ی زیردریایی ها و کشتی ها و سازه های زیر آبی دارد. بررسی این اثرات به وسیله ی تست های انفجاری انجام می شده است که پر هزینه بوده و خطرات و معایب خود را دارد. در سال های اخیر نرم افزارهای المان محدود و روش های عددی زیادی به وجود آمده اند که جای تست های آزمایشگاهی و تست های با ابعاد عملی را گرفته اند. در این پژوهش به بررسی انفجار زیر آب در نرم افزار ls-dyna پرداخته شده است. در ابتدا به صحت سنجی مش پرداخته شده است و مش بهینه برای مدل سازی انفجار زیر آب بدست آمده است. سپس به بررسی رفتار فشار موج شوک نسبت به فواصل مختلف و جرم های مختلف ماده منفجره پرداخته شده است. پس از آن به مقیاس بندی این مقادیر پرداخته و نشان داده شده است که فشار ناشی از موج شوک نسبت به پارامتر مقیاس بندی z به صورت خطی رفتار می کند. پس از آن ایمپالس ناشی از موج شوک نیز در فواصل مختلف و برای جرم های مختلف ماده منفجره پرداخته شده و با استفاده از روابط مقیاس بندی برای ایمپالس، این مقادیر نیز مقیاس شده اند و رفتار ایمپالس بی بعد شده ی ناشی از موج شوک بر حسب پارامتر مقیاس بندی z بدست آمده است. در مرحله بعد به بررسی اثر حباب در انفجار زیر آب پرداخته شده و با اندازه گیری فشار و ایمپالس ناشی از حباب، نشان داده شده است که فشار ناشی از حباب نسبت به موج شوک اولیه مقدار کمتری دارد ولی به دلیل بیشتر بودن زمان این بارگذاری، از ایمپالس بیشتری برخوردار است و طبیعتاً تأثیر بیشتری بر روی تغییر فرم و خرابی سازه خواهد داشت. در پایان نیز به بررسی اثر خیز ناشی از موج شوک و حباب بر روی ورق پرداخته می شود. با استفاده از روش طراحی آزمایشات و به کمک نرم افزار minitab یک طرح آزمایشات بدست آمد. نتایج خیز ناشی از موج شوک با استفاده از روش آنالیز واریانس مورد تحلیل قرار گرفت و سه معادله رگرسیون بر حسب متغیرهای موثر ارائه شده است. به روش مشابهی خیز ناشی از حباب نیز بررسی شده است و پس از سه تحلیل مختلف، سه معادله رگرسیون برای آن نیز بدست آمد. به همین ترتیب معادله رگرسیون و تحلیل خیز کلی و ماندگار سازه نیز ارائه شده است. در پایان نشان داده شده است که به دلیل تأثیر زیاد حباب بر روی سازه؛ خیز کلی سازه، متأثر از خیز حباب است و پارامترهای موثر هر دو به یک صورت هستند.

روش های نمونه سازی سریع بر سه پایه جامد، مایع و پودر تقسیم شده اند. از مقایسه این روش ها مشخص می سازد که روش های مبتنی بر پودر های فلزی قابلیت تولید قطعاتی با خصوصیات فلز پایه را داراست. در این مطالعه به بررسی مکانیزم تفجوشی و ذوب جزئی پودر های فلزی پرداخته شده است. روش جامد سازی مواد پودری با استفاده از منبع حرارتی مانند یک سیستم لیزری برای اولین بار توسط کریود و هوشهولدر ابداع شد. برای تولید قطعات فلزی با کمک فرآیند تفجوشی لیزری سه روش عمد? تف جوشی لیزری غیرمستقیم فلز، ذوب لیزری، و تف جوشی لیزری مستقیم فلـز وجود دارد. در تمام این موارد مکانیزم تولید قطعه به صورت لایه ای با استفاده از مواد یکسان و همگن در خلال هر لایه می باشد. هر لایه با پایین رفتن بستر کار به میزان ضخامت موردنظر و پرشدن این مقدار با پودر بدست می آید. زمانی که آخرین لایه از قطعه تف جوشی می شود فرآیند تولید پایـان یافته و قطعه تفجوشی شده از میان پودر خارج می گردد. اصل کلی شکل گیری قطعات ساخته شده از پودر فلز، اتصال آنها به یکدیگر با کمک منبع انرژی متمرکز (عموماً لیزر) می باشد. مکانیزم های مختلفی برای اتصال پودر های فلزی توسط لیزر وجود دارد. اما این مکانیزم ها در ساخت و تولید سریع شامل سه دسته اتصال شیمیایی، تفجوشی فاز مایع (ذوب جزئی) و ذوب کامل می باشد. بهترین خصوصیات برای قطعه ای است که توسط مکانیزم ذوب کامل تولید می شود. علاوه بر این اغلب آزمایشات نیز این مکانیزم را بهترین برای تولید قطعاتی با کیفیت فلز پایه می دانند. پارامتر های موثر بر تفجوشی لیزری را می توان به سه گروه عمده پارامتر های فرآیند، پارامترهای مواد و پارامتر های محیطی تقسیم نمود. پارامتر های فرآیند اغلب بر روی فرآیند های لیزری موثر اندو چگالی انرژی لیزر را کنترل می کنند. این پارامتر ها شامل توان لیزر (p)، اندازه قطر پرتو لیزر (d)، سرعت اسکن (v)، فاصله خطوط اسکن (h)، ضخامت لایه (w) و هندسه و استراتژی اسکن می باشد. پارامتر های مواد شامل ترکیب شیمیایی، درصد اکسیژن، روش آلیاژ سازی، مشخصات ذرات (اندازه، شکل، میزان سیلان و ...) و چگالی بستر پودر می باشد. پارامتر های محیطی شامل اتمسفر تفجوشی، میزان پیش گرم و فشار کوبشی است. شناخت و بررسی هر یک از این پارامتر ها امری حیاتی در تفجوشی لیزریست. در تفجوشی پودر های فلزی پدیده هایی وجود داردکه بر روی خواص قطعه نهایی اثر می گذارد. از جمله بارزترین پدیده ها شامل میزان گوی شدگی، شکل حوضچه و اثر پلاسماست. شناخت این پدیده ها و بررسی تاثیر پارامتر های مختلف بر میزان آنها راهی منطقی جهت شناخت و بهینه سازی فرآیند تفجوشی لیزری است. برای شناخت بهتر تاثیر پارامتر ها بر خواص قطعات تولیدی و پدیده های ایجاد شده در فرآیند لازم است تا یک سری آزمایشاتی بر روی پودر های مختلف (تک جزئی و دو جزئی) تحت شرایط متفاوت محیطی صورت پذیرد. به این ترتیب امکان تخمین میزان تاثیر هر یک از پارامتر ها و درجه اهمیت آنها امکان پذیر خواهد بود. برای این منظور یک سری آزمایشات اولیه برای تخمین میزان تاثیر پارامتر های فرآیند، مواد و محیط انجام شد. برای انجام آزمایشات جهت بهینه سازی، فیکسچر تستی طراحی شده است که توانایی نمونه گیری و انجام آزمایشات بر روی تک لایه دارد. بررسی ها برروی مخلوط پودر آهن و مس (dmls) و پودر آهن خالص (slm) صورت گرفته است. علاوه براین تأثیر کویش به صورت فشار مکانیکی برروی بستر پودر نیز مورد تحقیق و مطالعه قرار گرفت. شایان ذکر است که کلی? آزمایشات در حالت صفحه ای (دو بعدی) انجام شد. با انجام یک سری آزمایشات اولیه، و تعریف تابع همپوشانی محدوده 250 تا 300 برای ولتاژ و بازه 10 تا 50 برای همپوشانی انتخاب شد. آزمایشات بر روی پودر آهن و مس نشان می دهد که با افزایش ولتاژ میزان مذاب تولیدی بالا رفته و در نتیجه عمق نفوذ و پهنای حلقه زیاد می شود. افزایش همپوشانی نیز تاثیر مشابهی بر روی میزان مذاب و افزایش عمق نفوذ و پهنای حلقه دارد. اما بررسی تأثیر درصد مس برروی عمـق نفوذ رفتار دو گانه ای را بین ولتاژ 250 و 300 نشان می دهد. در واقع در یک هم پوشانی یکسان و ولتـاژ 250 ، نمونه های تولید شده با 10% مس عمق نفوذ بیشتری نسبت به نمونه های تولید شده با 30%مس نشان میدهند. در حالیکه این امر در ولتاژ 300 کاملاً برعکس است. علت این پدیده پایین بودن ضریب جذب مس نسبت به آهن است. هرچه ولتاژ بالاتر باشد، انرژی اعمالی به بستر پودر بیشتر خواهد شد. این امر باعث افزایش حجم مذاب و در نتیجه مشهودتر شدن اثر گویی شدگی برروی سطح خواهد شد. در ولتاژ پایین بدلیل عدم ذوب پودر آهن و در نتیجه کاهش حجم مذاب (مقداری بالاتر از درصد پودر مس) هیچ گویی شدگی در روی سطح مشاهده نشود. در ولتاژهای بالاتر بدلیل بیشتر شدن حجم مذاب اثر گویی شدگی به وضوح مشهود است. آزمایشات انجام شده بر روی پودر آهن خالص نتایج مشابهی را نشان می دهد. در واقع با افزایش ولتاژ و همپوشانی انرژی اعمالی به بستر بالا رفته و عمق نفوذ، پهنای حلقه و میزان تقعر بالا می رود. اما نکته جالب توجه در مورد پودر آهن خالص، تاثیر معکوس همپوشانی بر روی میزان گوی شدگی در ولتاژ های بالا و پایین است. در واقع در ولتاژ های بالا افزایش همپوشانی کاهش گوی شدگی را به دنبال خواهد داشت. در حالی که در ولتاژ های پایین همپوشانی نتیجه معکوسی را از خود نشان می دهد. پودر آهن در ولتاژ های پایین ذوب جزئی و در ولتاژ های بالا ذوب کامل خواهد داشت. در نتیجه زمانی که ذوب کامل وجود دارد دیدگاه فرآیندی هازر و در حالتی که ذوب جزئی دیده می شود دیدگاه فرآیندی کراس حاکم خواهد بود. تفاوت در این دو دیدگاه فرآیند باعث تاثیر معکوس همپوشانی شده است. آزمایشات مختلف بر روی بستر های پودر با فشار های کوبشی متفاوت نشان داد که قطعات تولیدی در فشار 7 بار بهترین کیفیت را از خود نشان می دهند. افزایش فشار کاهش عمق نفوذ، پهنای حلقه و میزان گویی شدگی را به دنبال داشت. زیرا با افزایش چگالی حجم بالاتری از پودر در معرض انرژی لیزر قرار می گیرد. و نفوذ لیزر در بستر را نیز مشکل تر خواهد شد. علاوه بر این هرچه میزان فشردگی بیشتر باشد ضریب جذب پودر نیز کمتر خواهد شد. اما میزان گویی شدگی با افزایش فشار تا 7 بار کاهش می یابد و افزایش بیشتر از 7 بار آن باعث افزایش گوی شدگی و ترک های سطحی می شود. زیرا بالا رفتن فشار علاوه بر کم شدن انرژی لیزر، باعث خواهد شد تا به واسطه کاهش چیدمان مجدد، حرکت حوضچ? مذاب نیز مشـکل تر شود. اما فشارهای کمتر از 10 بار، فشار آنقدر نیست که باعث قفل شدن ذرات پودر در یکدیگر شود. در نتیجه حوضچ? مذاب می تواند برروی سطح حرکت نماید. نکت? قابل توجه بالا رفتن تعداد ترک ها زیر سطحی و پایین آمدن استحکام نمونه های تولید شده در فشارهای بالاست. زیرا در فشارهای بالا امکان اتصال مهره های مذاب بدلیل عـدم سهولت در حرکت حوضچ? مذاب بسیار ضعیف است و بین هر کدام از اتصالات ترک هایی دیده می شود که باعث کاهش استحکام قطعه شده است. بنابراین باید در سیستم های تولید سرعت سریع حرکت دورانی و خطی غلتک های صاف کننده بستر طوری تنظیم شود که این فشاری در حدود 7 بار را ایجاد نماید. با توجه به تحقیقات محققان و آزمایشات انجام شده درک می شود که می توان قطعات با کیفیت بالاتر را با استفاده از لیزری با فرکانس بالاتر تولید نمود. علاوه بر این وجود پیش گرم در سیستم نیز می توان به باعث بهبود کیفیت قطعات تولیدی شود. در نتیجه به طراحی دستگاهی پرداخته شد که قادر به ایجاد دمای پیشگرم برای تولید قطعات می باشد. در این دستگاه از سیستم غلتکی برای هموار سازی بستر استفاده شده است که می تواند فشار های حدود 7 بار را ایجاد نماید. انتخاب لیزرnd:yag ، بدلیل بالابودن دقت قطعات تولیدی، ضریب جذب بالاتر برای فلزات و امکان استفاده از آیینه های اسکنر مناسب ترین انتخاب خواهد بود. در مورد نحو? لایه نشانی استفاده از روش شکاف تغذیه مجهز شده با یک غلتک مکانیزم بهینه خواهد بود. به کمک غلتک بکار رفته امکان وجود کوبش (فشار حدود 7 بار) و حذف نامنظمی های پودر نیز وجود دارد. فشار لازم برای کوبش از طریق سرعت دورانی و خطی غلتک ها قابل دسترسی است. با توجه به انتخاب این مکانیزم برای لایه نشانی بهینه ترین روش برای ایجاد ضخامت لایه روش یک مخزن و تغذی? فوقانی است. برای ایجاد حرکت مخزن در جهت z بکارگیری پیچ و مهر? ساچمه ای مداری که به کمک یک استپر موتور درایـو می شود بهترین روش ممکن می باشد. به منظور پیش گرم باید قطعات حساس به دما را محافظت نمود. برای این منظور بین جبهه های حرارتی و این اجزاء از عایق های حرارتی استفاده شده است. در بعضی قسمت ها مانند اجزاء نزدیک به پیچ و مهره ساچمه ای از سیستم های آب خنک نیز استفاده شده است.

سنسور المان حس کننده ای است که کمیتهای فیزیکی مانند فشار،حرارت، رطوبت، دماو ... را به کمیتهای الکتریکی پیوسته (آنالوگ) یا غیرپیوسته(دیجیتال) تبدیل می کند.روش های متنوعی برای اندازه گیری فشارهای استاتیکی و شبه استاتیکی وجود دارد. این در حالیست که اندازه گیری فشار دینامیکی یک موج موضوع تحقیق بسیاری از دانشمندان بوده است. سنسورهای فشار دینامیکی با توسعه و بکارگیری مواد پیزوالکتریک جدید دارای توانمندی های استثنایی شدند.هدف از این پروژه مطالعه، طراحی و ساخت سنسور های اندازه گیری فشار دینامیکی پیزوالکتریک می باشد. برای نایل آمدن به این هدف پس از بیان مقدمه برمواد پیزوالکتریک و تاریخچه پیدایش آنها و نگاهی بر انواع سنسورهای فشاردیافراگمی و غیر دیافراگمی به منظور درک درست توانمندی های آنها مقایسه ای بین سنسورهای پیزوالکتریک و انواع دیگر بیان می گردد. در ادامه مباحث تئوری خصوصیات عملکردی یک سنسور به همراه معرفی مواد پیزوالکتریک مورد استفاده در ساخت سنسورفشار، پارامترهای المانی آنها، نحوه عملکرد، روابط ریاضی و اجزای تشکیل دهنده یک سنسور فشار بیان می گردد. پس از ساخت سنسور فشار شارژمد با توجه به نبودن منابع مالی کافی برای تهیه آمپلی فایر شارژمد، ساخت سنسور فشار ولتاژمد نیز در دستور کار قرار می گیرد. محدوده ی اندازه گیری سنسور فشار های تا mpa 100 را در بر می گیرد درحالی که زمان پاسخ کمتر از sµ10 میباشد. برای ارزیابی عملکرد سنسور، از آزمایش سقوط گویی استفاده شد. اختلاف کمی بین ولتاژ مورد انتظار تولیدی و ولتاژ تجربی مشاهده شده در اسیلوسکوپ دیده شد.

سابقه مطالعات در زمینه انفجار زیر آب بسیار طولانی است ولی مطالعات جدی از جنگ جهانی دوم شروع شد که عرصه دریا و اقیانوس عرصه مهم رویارویی قوای درگیر جنگ بود. پس از ورود رایانه به دنیای مهندسی و توسعه روش های عددی این شیوه از تحقیق نیز به مطالعات این پدیده کمک شایانی کرد به طوری که امروزه حجم زیادی از مطالعات را، به دلیل نتایج قابل اتکا و کم هزینه، به خود اختصاص داده است. پدیده ها و پارامترهای مختلفی در انفجار زیر آب دخیل هستند. لذا مطالعه در این زمینه شامل محدوده وسیعی است. از مهمترین پارامترها در انفجار زیر آب، میزان پیک فشار موج شوک و ایمپالس ناشی از آن در هر فاصله از محل انفجار است. در مطالعه حاضر ابتدا با استفاده از نرم افزار ls-dyna و محیط pre-post به شبیه سازی پدیده انفجار زیر آب پرداخته می شود و اثر سه پارامتر اندازه المان خرج و سیال، ضرایب بکار رفته برای معادله حالت مربوط به سیال و تعداد پله های زمانی بین دو ادوکشن بر روی فشار پیک اندازه گیری شده در فاصله معین، مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج بدست آمده برای فشار پیک با روابط تجربی موجود مقایسه و پارامترهای مناسب برای مدل انتخاب می گردد. سپس با استفاده از نتایج مرحله اول اثر هندسه خرج، جرم خرج، فاصله از خرج و زاویه اندازه گیری، بر روی فشار پیک و ایمپالس بدست آمده مورد بررسی قرار می گیرد. به این منظور سه نوع هندسه کروی، مکعبی و استوانه ای (با سه نسبت طول به قطر 1، 3 و 5) با دو جرم 100 و 300 گرمی که از دو جنس tnt و c4 هستند مدلسازی شده، فشار در سه فاصله 200، 400 و 800 میلیمتر و زوایای 0 تا 90 درجه اندازه گیری می شوند. نتایج نشان می دهد جرم، فاصله و زاویه بر فشار ناشی از انفجار هر سه نوع خرج موثر هستند. ولی پارامتر زاویه بر ایمپالس بوجود آمده اثر قابل توجهی ندارد. هم چنین نسبت طول به قطر بر مقدار ایمپالس موثر و بر فشار غیرموثر است.

دو نوع از سنسور ها معمولاً برای اندازه گیری فشار در آزمایشات استفاده می شود: سنسورهای پیزوالکتریک و پیزورزیستیو . سنسورهای پیزوالکتریک رزولوشن زمانی بالاتری ارائه می کنند و استفاده از آنها ساده تر است. هر چند، محدوده های فشار و زمانی آنها کاملاً محدود است. درمقابل، سنسورهای پیزورزیستیو می توانند در طیف گسترده ای از فشارها (gpa100mpa-1) و زمان ها (بارگذاری استاتیک - ms ) استفاده شوند. با این حال، تفسیر اندازه گیری های پیزورزیستیو همیشه آسان نیست. سه مشکل قابل توجه عبارتند از (الف) عدم درک دقیق پاسخ سنسور، به خصوص اثرات هیسترزیس در طول بارگذاری و باربرداری، (ب) تفسیر داده ها برای شرایط بارگذاری که از شرایط کالیبراسیون آزمایش ها منحرف می شود ، و (ج) تغییرات در مواد سنسور یا ترکیبات عنصر حس کننده. در این پروژه طراحی و ساخت یک نوع سنسور فشار متکی بر ساختار پیزوالکتریک در دستور کار قرار گرفته است. عناصر مهم و اصلی سنسور متشکل از پیزوالکتریک اسکرین پرینت شده است که به عنوان المان حسگر می باشد و هم چنین 5 قطعه اساسی شامل دیافراگم، هوسینگ، الکترودها و کانکتور می باشد. از فرایند های جوش لیزر، بانضمام وایرکات، ماشین کاری تخلیه الکتریکی، قالب پرس، تراشکاری، فرزکاری و ... در روش ساخت استفاده شده است. المان حسگر، شامل یک لایه پیزوالکتریک دایره ای است که در بین دو لایه ی هادی اسکرین پرینت شده است، با ضخامت 5/0 میلی متر و قطر 5 میلی متر می باشد. المان حساس ساختاری متشکل از یک خازن صفحه ای با فیلم پیزوالکتریک به عنوان دی الکتریک و دو لایه ی هادی، بر اساس ماده نقره به عنوان پوشش الکترود است. فیلم پیزوالکتریک در یک محفظه ی فولاد ضد زنگ برای تست های دینامیکی بسته بندی شده است. محدوده ی اندازه گیری فشار های تا mpa 100 را در بر می گیرد درحالی که زمان پاسخ کمتر از sµ10 می باشد.

پدیده انفجار یک فرآیند ناگهانی با فیزیکی بسیار پیچیده است که در طی آن مقدار زیادی انرژی آزاد می شود. مسلما شناخت فعل و انفعالاتی که در طی این فرایند رخ می دهد چندان ساده نیست و از طرفی آنچه که بیش از خود این فرآیند برای ما اهمیت دارد نتایج و یا محصولات حاصل از این فرآیند است. روش های المان محدود، تحلیلی و تجربی برای بررسی رفتار موج شوک وجود دارد که در این میان روش المان محدود می تواند جایگزین مناسبی برای کاهش هزینه های حاصل از تست های تجربی باشد. در این پروژه، ابتدا به بررسی نحوه نوشتن سابروتین پرداخته شده است و پس از آن با توجه به اطلاعات حاصل شده، اقدام به نوشتن سابروتین، برای مدلسازی دو معادله حالت jwl و گرونیزن در نرم افزارls-dyna شده است. پس از آن سابروتین های نوشته شده را پس از قرار دادن در قالب مناسب، با استفاده از intel fortran compiler، برای نسخه ls971-r4.2.1-64bit کامپایل شده است. در ادامه با استفاده از نرم افزار المان محدود ls-dyna، به کمک سابروتین های نوشته شده، رفتار موج شوک در محیط آب بررسی و با نتایج تجربی صحت سنجی شده است.

در این پژوهش به بررسی انفجار زیر آب در نرم افزار ls-dyna پرداخته شده است. این پژوهش شامل 3 بخش است. در بخش نخست، در ابتدا به صحتسنجی مش و استخراج رابطهی مش بهینه پرداخته شده است. سپس به بررسی رفتار فشار، ایمپالس و سرعت انتشار موج شوک نسبت به فواصل مختلف، جرم های مختلف ماده منفجره در ناحیه ی دور و نزدیک پرداخته شده است. پس از آن به مقیاس بندی این مقادیر پرداخته و روابطی برای پیشبینی آنها در تمامی فاصلهها و وزنها ارائه گردیده است. در مرحله بعد به بررسی اثر حباب در انفجار زیر آب پرداخته شده و با اندازهگیری فشار و ایمپالس ناشی از حباب، نشان داده شده است که فشار ناشی از حباب نسبت به موج شوک اولیه کمتر اما ایمپالس ناشی از آن بیشتر و طبیعتاً تأثیر بیشتری بر روی تغییر فرم و خرابی سازه خواهد داشت. سپس تاثیر عمق و فاصله بر روی فشار و ایمپالس موج شوک و حباب و زمان رسیدن آنها مورد بررسی قرار گرفته است. در بخش دوم به بررسی خیز مرکز ورق و بیشینه سرعت تغییر فرم آن در انفجار زیر آب پرداخته شده است. با استفاده از روش طراحی آزمایش ها و به کمک نرم افزار minitab یک طرح آزمایش ها بدست آمد. در این آزمایش ها اثر ضخامت، وزن خرج و فاصله از مرکز آن مورد بررسی قرار گرفت. نتایج خیز و سرعت تغییر فرم ورق با استفاده از روش آنالیز واریانس مورد تحلیل قرار گرفت و دو معادله رگرسیون بر حسب متغیرهای موثر برای پیشبینی خیز و بیشینه سرعت تغییر فرم ارائه شده است. در پایان به طراحی حوضچهی انفجار زیر آب پرداخته و اثر انعکاس از سطح و کف مورد بررسی قرار میگیرد. در انتها، عمق مخزن با توجه به ملاحظات انعکاس و نتایج بخشهای اول و دوم برای پنج جنس بستر متفاوت و شش وزن مادهی منفجره محاسبه گردیده است.

بررسی حالت های واماندگی ورق ها و رفتار سازه های مقاوم در برابر اثر تخریبی موج حاصل از انفجار به دلیل اهمیت آن در طراحی سازه های پایدار در برابر بارگذاری انفجاری، مدت ها است که مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. در این تحقیق، به بررسی و مقایسه انواع روش های شبیه سازی عددی پرداخته شد و ترکیب دو روش ale و conwep از نقطه نظر دقت در حل مسائل انفجار با درصد خطای کمتر نسبت به دو روش ale و conwep مورد تایید قرار گرفت. در این تحقیق ابتدا به بررسی پارامتر های موج انفجار پرداخته شده است و سپس رفتار دینامیک پلاستیک ورق-های دایروی تحت موج شوک حاصل از انفجار مورد بررسی قرار گرفته شده است. در این قسمت از نتایج تجربی دو سری آزمایش که در آزمایشگاه مکانیک انفجار دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی انجام گرفته، استفاده شده است. در سری اول این آزمایش ها موج شوک رسیده به سازه غیریکنواخت و در سری دو آزمایش ها، موج شوک رسیده به سازه یکنواخت است. با بررسی نتایج، تاثیر نوع موج شوک برخوردی به ورق بر میزان تغییر شکل مشخص گردید و دو مدل برای پیش بینی خیز ماکزیمم ورق دایروی برای دو نوع موج شوک ارائه شده است. این دو مدل به صورت تابعی از عدد تخریب ?_c که تاثیر همه پارامتر های مربوط به انفجار و سازه را خلاصه و بی بعد می کند، ارائه می گردد. در ادامه تاثیر محیط واسط بر شکل پذیری ورق مورد بررسی قرار گرفت. در همین راستا مدل های تحلیل عددی برای بار گذاری بار بلاست روی ورق های دایروی با استفاده از محیط واسط جامد از جنس پلیمر، به کار گرفته می شود. برای این منظور از دو ماده پلیمری متفاوت که دارای اختلاف امپدانس با ورق هدف می باشد، استفاده شده است. رفتار موج شوک در محیط های واسط جامد با دو جنس پلی اتیلن و پلی استایرن مطالعه گردید و مشاهده شد فشار موج شوک در لایه پلی استایرن که امپدانس بیشتری نسبت به لایه پلی اتیلن دارد، بیشتر می باشد. در گام بعدی، تغییرشکل ورق در حالتی که فضای بین خرج و ورق از پلی اتیلن و پلی استایرن تشکیل شده است بررسی گردید و مشاهده شد خیز ماندگار ورق با محیط واسط پلی اتیلن بیشتر از پلی استایرن می باشد و با مقایسه نتایج فرم نهایی ورق با محیط واسط هوا، اثر لایه پلیمری تحقیق گردید. با تعیین اثر لایه پلیمری، رابطه ای بر اساس ضخامت لایه پلیمر، قدرت موج شوک و ضخامت ورق بر میزان خیز ماندگار ورق با استفاده از تحلیل واریانس به روش rsm ارائه گردید و تاثیر پارامترهای مختلف بر میزان خیز ماندگار ورق مورد بررسی قرار گرفت.

برای مشخص کردن عملکرد برخی از پدیده?های فیزیکی از جمله احتراق در موتورهای پیستونی باید از سنسورهای با قابلیت اندازه?گیری دینامیکی فشار مثل سنسور پیزوالکتریک استفاده کرد. حساسیت این نوع ترانسدیوسر با گذشت زمان در اثر استهلاک ساختار بلوری پیزو تغییر می?کند. برای کالیبراسیون دینامیکی روش های مختلفی دردسترس است ولی اغلب آن ها فشار با فرکانس پایین تولید می کنند و یا سطوح فشار ایجادشده در آن ها نامشخص است. برای کالیبراسیون ترانسدیوسرهای با پاسخ فرکانسی بالا، ژنراتور تولید فشار باید قادر به تغییر فشار از یک سطح مشخص به سطح دیگر در زمان به اندازه کافی کوتاه باشد. در عمل تنها لوله شوک قادر است که زمان خیز کوتاهی بین سطوح فشار ایجاد کند. از طرف دیگر می توان مقدار هر سطح فشار را به راحتی از چند کیلوپاسکال تا فشارهای بالاتر در حد چند مگاپاسکال کنترل کرد. لوله?شوک به دو ناحیه اصلی درایور و دریون تقسیم می?شود که افزایش فشار گاز در ناحیه درایور باعث حذف المان دیافراگم که دو ناحیه را از هم جدا می?کند، شده و اختلاف سطح فشار گاز بین دو ناحیه باعث تولید موج شوک می?شود. یک نمونه لوله?شوک با قابلیت کالیبراسیون دینامیکی سنسور فشار پیزوالکتریک طراحی و ساخته شد. این ابزار قابلیت کالیبراسیون دو مشخصه اصلی سنسور (یعنی حساسیت و پاسخ فرکانسی) را دارد. ازاین?رو برای تولید شوک ایده?آل با قابلیت تکرارپذیری بالا و با هدف کالیبراسیون، سطح?مقطع لوله ثابت بوده و در ناحیه تست، سوراخ?های جانبی برروی لوله با هدف بررسی حساسیت و در فلنج انتهایی با هدف بررسی پاسخ فرکانسی سنسور تعبیه شده است. لوله?شوک سردکار با نسبت فشار 100 در حالت معمولی و 1000 در صورت استفاده از پمپ خلأ در دامنه حرارتی ?50-10 درنسبت?های فشار بالا، توانایی تولید موج شوک با پیک ?بیش?فشار و سرعت?های مختلف از چندصد کیلوپاسکال تا یک مگاپاسکال و از دو تا پنج (در شرایط بحرانی) ماخ است. برای مقایسه نتایج تجربی، برنامه?ای برای حل مسئله لوله?شوک با استفاده از متلب برای سهولت در محاسبات توسعه داده شده است. این برنامه حل تحلیلی مدل یک?بعدی لوله?شوک برای سیال تراکم?پذیر غیر ویسکوز است که ابزاری مناسب برای شناخت پارامترها و پدیده?های فیزیکی در لوله?شوک به?شمار می?آید. برای بررسی از صحت عملکرد لوله?شوک، از آن برای تست تخریب برروی ورق?های مایلار و آلومینیوم و تست تغییرفرم برروی ورق آلومینیوم انجام شده است و نتایج حاصل از آن با انفجار مقدار ماده منفجره در هوا معادل?سازی شده?است.