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.

در این تحقیق الگوریتمی جهت مش بندی با توزیع غیریکنواخت ارائه می گردد که به کمک چندین مرحله تحلیل مقدماتی، شبکه ای از المان ها با توزیع و تعداد بهینه پیشنهاد می کند. با توجه به طبیعت الگوریتم، این روش در زمره روش های مش بندی مجدد تطبیقی (adaptive remeshing) دسته بندی می شود و بر مبنای عوامل مختلف ایجاد تمرکز تنش، به تغییر ابعاد المان ها در نواحی مختلف شبکه می پردازد. برای تدوین الگوریتم و به منظور یافتن یک معیار مناسب برای ارزیابی شبکه و اصلاح آن، مسأله تمرکز تنش (ورق مستطیلی سوراخ دار تحت بارگذاری گسترده از دو طرف) با کمک نرم افزار مدل سازی شده و با تعریف مسیرهای مناسب در کل ناحیه، پارامتر خروجی مسأله که میزان تنش در گره ها می باشد در تحلیل های مختلف مورد ارزیابی قرار گرفته است. در نهایت پس از بررسی چندین معیار جهت ایجاد مش جدید، میانگین مقادیر مشتق تنش در گره ها در کل ناحیه را به عنوان معیار انتخاب کرده و شبکه بهینه برای این مسأله با کمک الگوریتم جدید ایجاد شده است. به منظور اثبات کارایی الگوریتم در ارائه شبکه بهینه برای مسائلی که سایر عوامل تمرکز تنش مانند تغییر جنس ماده و بارگذاری در آن ها وجود دارد، سه مسأله دیگر مورد بررسی قرار گرفته است. برای ورق مستطیلی تحت بار متمرکز در دو طرف، ورق مربعی که در مرکز دارای یک ناحیه مربعی با جنس متفاوت است و از چهار طرف تحت بار گسترده قرار دارد، و در نهایت مسأله-ای که شرایط ترکیبی را داشته باشد یعنی کامپوزیت زمینه پلیمری تقویت شده با الیاف کربن که تحت بارگذاری روی یک خط عمود بر الیاف از دو طرف قرار دارد، با استفاده از الگوریتم جدید شبکه بهینه ایجاد گردیده است. با استفاده از الگوریتم جدید تأثیر عوامل تمرکز تنش شامل هندسه، تغییر جنس ماده و بارگذاری بخوبی در فرآیند ایجاد شبکه لحاظ گردیده و شبکه بهینه برای مسأله مورد بررسی با کمترین تعداد المان ایجاد می شود. نتایج نشان می دهند که الگوریتم پیشنهادی، توانایی بالایی در ایجاد مش بهینه در مسائلی دارد که عوامل گوناگون تمرکز تنش در آن ها وجود دارد و از مقایسه نتایج مش الگوریتمی با نتایج مش تطبیقی و همچنین با نتایج حاصل از حل دقیق، مطابقت بسیار خوب نتایج مشاهده می شود. علاوه بر این، مش الگوریتمی در تعداد مراحلی حتی کمتر از مش تطبیقی همگرا می شود که نشانگر سرعت عمل در حد روش های مش بندی مجدد تطبیقی موجود در آباکوس است و همچنین دقت بهتری در نتایج حاصل از تحلیل با مش ایجاد شده با این الگوریتم مشاهده می شود.

پوسته ها به علت خصوصیات هندسی خاص خود ظرفیت تحمل بار زیادی دارند و به همین علت در صنعت کاربرد زیادی پیدا کرده اند .امروزه تحلیل تغییر شکل این پوسته ها از مهم ترین مسائل صنعتی به شمار می رود . تحلیل پوسته ها غالبا به کمک دو تئوری غشایی و خمشی صورت می گیرد. تحقیقات نشان داده که تئوری غشایی به علت عدم اعمال اثر خمش در مدلسازی بسیاری از سازه ها ی پوسته ای ناتوان است. در نتیجه بسیاری از مراجع معتبر این زمینه، بکارگیری تئوری خمشی را توصیه می کنند. در این پایان نامه ضمن معرفی دو تئوری و بر شمردن بعضی نقاط ضعف تئوری غشایی ، روش اجزای محدود برای حل معادلات تئوری خمشی بکار گرفته شده است و ضمن استخراج پارامترهای لازم ، برنامه کامپیوتری جهت حل این معادلات ارائه شده و سپس در مورد چند مثال اختلاف نتایج دو تئوری بررسی شد. در این میان سعی بر این بوده است که حالاتی بدست آید که جوابهای تئوری غشایی دقت کافی را داشته باشند. در نهایت با بررسی اختلاف جوابهای این دو تئوری اثر خمش در شکل دهی پوسته ها بررسی شده است. بدین منظور از پوسته های متقارن محوری که ساده سازیهای خاصی داشته استفاده شده است. بررسی های فوق برای تغییر شکل های کوچک پوسته انجام شده است لازم بود که این بررسی ها برای تغییر شکل های بزرگ سازه هم انجام شود. بدین منظور با صرفنظر از فرض های تغییر شکل کوچک ، تغییر شکل های بزرگ سازه مدل شد و پارامترهای مورد نیاز روش اجزای محدود استخراج شد.