|
تحلیل کمانش ورقهای مدورمرکب ارتوتروپ با استفاده از نرم افزار المان محدود
در این پایان نامه رفتار کمانش ورق های دایره ای شکل مرکب با استفاده از تئوری المان محدود و نرم افزار ANSYS مورد بررسی قرار گرفته است هدف از این پایاننامه بدست آوردن بارهای فشاری کمانش در مودهای مختلف می باشد
|
|
| دسته بندی | ساخت و تولید |
| فرمت فایل | doc |
| حجم فایل | 2857 کیلو بایت |
| تعداد صفحات فایل | 280 |
در این پایان نامه رفتار کمانش ورق های دایره ای شکل مرکب با استفاده از تئوری المان محدود و نرم افزار ANSYS مورد بررسی قرار گرفته است. هدف از این پایاننامه بدست آوردن بارهای فشاری کمانش در مودهای مختلف می باشد.
فصل اول مقدمه ای در مورد مواد کامپوزیت می باشد.
در فصل دوم به معرفی ماتریسهای به کار رفته در ساخت مواد مرکب و بعضی از ویژگیهای آنها پرداخته شده است.
در فصل سوم الیاف و تقویت کننده های پر کاربرد در ساخت کامپوزیتها بررسی شده است.
در فصل چهارم به معرفی روش ساخت کامپوزیتها و پروسه تولید آنها اشاره شده است.
فصل پنجم به کاربرد کامپوزیتها در صنایع مختلف اختصاص یافته است.
در فصل ششم مقدمه ای از تئوری حاکم برمواد مرکب و پیش بینی رفتار شکست این مواد می باشد.
در فصل هفتم معادلات حاکم بر کمانش ورقهای کامپوزیت و معادلات تعادل آنها ارائه شده است.
پدیده کمانش در مورد بسیاری از سازه ها و جزء های تحت تاثیر نیروی فشاری مطرح می باشد. برخلاف تیرها که پس از کمانش بدون تحمل بار زیادی دچار تسلیم می شوند، ورقها می توانند پس از وقوع کمانش در مواردی تا چندین برابر بار کمانش را تحمل کنند. استفاده از این توانایی ورقها گامی مهم و موثر درجهت بهینه سازی، سازه های هوایی شده است.
در فصل هشتم مقدمه ای در مورد روشهای المان محدود و نرم افزار ANSYS ارائه شده است.
در فصل نهم، به معرفی المانها و روشهای تحلیل کمانش مواد مرکب در نرم افزار ANSYS پرداخته شده است. در ادامه، تحلیل گام به گام کمانش ورقهای مرکب و معرفی دستورات مربوط به هر مرحله صورت گرفته است.
در فصل دهم نتایج بدست آمده از 60 مورد تحلیل کمانش ارائه شده است.
و بالاخره در فصل یازدهم به مقایسه و تحلیل داده های بدست آمده اختصاص یافته است. در پایان نتیجه گیری و پیشنهاد برای ادامه کار پژوهش آمده است.
فهرست مطالب
چکیده
فصل اول: مقدمه ای بر مواد مرکب
1-1- کامپوزیت چیست؟......................... 2
1-2- مزایای کامپوزیتها...................... 4
1-3- محدودیتهای کامپوزیتها.................. 7
1-4- تاریخچه صنعت کامپوزیتها................ 8
1-5- فازهای کامپوزیتی و تقسیم بندی کامپوزیتها10
1-6- خواص کامپوزیتها........................ 12
1-7- مقاومت کامپوزیتهای لیفی................ 14
فصل دوم: ماتریسها (رزیتها)
2-1- ماتریسها............................... 18
2-2- پلیمریزاسیون........................... 19
2-3- پلیمرهای گرما سخت و گرما نرم........... 20
2-4- رزینهای ترموپلاستیک (گرما نرم).......... 20
2-5- رزینها گرما سخت (ترموست)............... 21
2-6- نقش ماتریسها........................... 22
2-7- رزینهای اپوکسی......................... 23
2-8- معایب رزینهای اپوکسی................... 24
2-9- تقسیم بندی انواع تجاری رزینهای اپوکسی.. 24
2-10- رزینهای پلی استر غیراشباع............. 25
2-11- انواع رزینهای پلی استر تجاری.......... 26
2-12- خصوصیات رزینهای پلی استر.............. 28
2-13- معایب رزینهای پلی استر غیراشباع....... 28
2-14- رزینهای فنولیک........................ 29
2-15- خواص و کاربردهای رزینهای فنولیک....... 30
2-16- معایب و محدودیتهای رزینهای فنولیک..... 30
2-17- ماتریسهای فلزی........................ 31
فصل سوم: الیاف (تقویت کننده ها)
3-1- تقویت کننده ها......................... 33
3-2- تقویت کننده های لیفی................... 33
3-3- الیاف شیشه............................. 35
3-4- مزیتهای اصلی الیاف شیشه................ 35
3-5- عیوب اصلی الیاف شیشه................... 36
3-6- سایز الیاف............................. 38
3-7- آهار................................... 39
3-8- خواص الیاف شیشه........................ 40
3-9- الیاف پیشرفته.......................... 41
3-10- الیاف بور............................. 42
3-11- خواص و کاربرد الیاف بور............... 43
3-12- الیاف سیلیکون کاربید.................. 44
3-13- الیاف سیلسیم کاربید................... 44
3-14- الیاف آلومینا......................... 45
3-15- الیاف کربن وگرافیت.................... 46
3-16- الیاف کربن............................ 46
3-17- خواص الیاف کربن و گرافیت.............. 48
3-18- کامپوزیتهای کربن و گرافیت............. 48
3-19- مزیتهای اصلی الیاف کربن............... 49
3-20- بحث میکروسکوپی در مورد الیاف کربن..... 49
3-21- الیاف آرامید یا پلی آمیدهای حلقوی..... 50
3-22- خصوصیات آرامیدها...................... 51
3-23- الیاف پلی اتیلن....................... 52
3-24- الیاف سرامیکی......................... 52
3-25- مقایسه الیاف مختلف.................... 53
عنوان صفحه
فصل چهارم: ساخت مواد مرکب
4-1- فرایندهای ساخت کامپوزیتها.............. 56
4-2- قالب گیری باز.......................... 56
4-3- قالب گیری بسته......................... 57
4-4- تقسیم بندی براساس حجم تولید............ 58
4-5- تعاریف فرایند قالب گیری باز............ 59
4-6-تعاریف بکار بردن رزین................... 59
4-7- روش لایه گذاری دستی..................... 60
4-8- روش پاشش توسط پیستوله.................. 62
4-9- فیلامنت وایندینگ........................ 63
4-10- قالب گیری فشاری....................... 66
4-11- روش کششی.............................. 69
4-12- قالب گیری با کیسه خلاء................. 70
4-13- فرایند تزریق در خلاء................... 73
4-14- قالب گیری به روش انتقال رزین RTM...... 74
فصل پنجم: کاربرد کامپوزیتها
5-1- مقدمه.................................. 79
5-2- صنایع حمل و نقل جاده ای................ 79
5-3- استفاده از مواد کامپوزیت در ساخت تانکهای جنگی و سلاح 81
5-4- کاربرد کامپوزیتها در صنایع هوا فضا..... 82
5-5- استفاده در ساخت فضاپیماها.............. 84
5-6- استفاده کامپوزیتها در صنایع حمل و نقل ریلی 86
5-7- کاربرد کامپوزیتها در واحدهای شیمیایی... 86
5-8- کامپوزیتها درصنعت دریایی............... 88
5-9- صنایع الکتریکی......................... 88
5-10- صنعت هسته ای.......................... 89
فصل ششم: تئوری حاکم بر مواد مرکب
6-1- مقدمه.................................. 91
عنوان صفحه
6-2- رفتار ماکرومکانیک یک لایه............... 91
6-3- ثابتهای مهندسی برای مواد ارتوتروپ...... 95
6-4- جهت گیری الیاف در مواد مرکب............ 96
6-5- استحکام در مواد مرکب................... 96
6-6- تئوریهای شکست در حالت دو محوری بر مواد ارتوتروپ 97
6-7- تئوری تنش حداکثر....................... 97
6-8- معیار کرنش حداکثر...................... 98
6-9- تئوری Tsai-Hill............................ 99
6-10- تئوری Tsai-Wu........................... 101
فصل هفتم: کمانش پوسته ها و مباحث تئوری مربوط به آن
7-1- مقدمه.................................. 104
7-2- معادلات غیرخطی تعادل ورق................ 106
فصل هشتم: آشنایی با المان محدود و نرم افزار ANSYS
8-1- مقدمه.................................. 126
8-2- مسائل مهندسی........................... 126
8-3- روشهای عددی............................ 127
8-4- تاریخچه ای کوتاه بر روش المان محدود و نرم افزار ANSYS128
8-5- مراحل اصلی در روش المان محدود.......... 131
8-6- توابع شکل (Shape Function)................... 132
8-7- تقسیم بندی یک ناحیه به تعدادی المان برای المانهای یک بعدی 133
8-8- معرفی توابع شکل برای یک المان خطی...... 134
8-9- خواص توابع شکل......................... 145
8-10- المان درجه دوم........................ 136
فصل نهم: مدل سازی مواد مرکب در ANSYS 5.4
9-1- مقدمه.................................. 139
9-2- مدل سازی مواد مرکب در روش h-method........ 139
9-3- المان Sheel-91............................ 139
عنوان صفحه
9-4- المان Shel-99............................. 141
9-5- المان Solid-46............................ 142
9-6- مدل سازی مواد مرکب در روش p-method........ 143
9-7- روش تعریف ساختارهای لایه ای............. 144
9-8- روش تعریف خصوصیات هر لایه بطور جداگانه.. 144
9-9- تفاوت روش p-method / h-method................. 144
9-10- روش تحلیل کمانش در نرم افزار ANSYS.... 145
9-11- نکاتی در مورد مش بندی توسط نرم افزار ANSYS 145
9-12- نکاتی در مورد تحلیل کمانش............. 148
9-13- تحلیل ورق های دایره ای شکل در نرم افزار ANSYS 149
9-14- حل مساله کمانش توسط دستورات APDL...... 160
9-15- برنامه APDL برای حل مساله کمانش....... 161
فصل دهم: نتایج
10-1- مقدمه................................. 170
10-2- ملاحظات................................ 170
فصل یازدهم: نتیجه گیری و پیشنهاد برای ادامه کار
11-1- مقدمه................................. 247
11-2- نقش ضخامت بر بارهای حاصل از کمانش..... 247
11-3- نقش مدولهای الاستیسیته................. 250
11-4- زاویه الیاف و تاثیر آن در کمانش....... 252
11-5- پیشنهاد برای ادامه کار................ 253
مراجع....................................... 255
ضمائم....................................... 256
فهرست اشکال
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه ای بر مواد مرکب
شکل 1-1: انواع مختلف کامپوزیتها............. 12
شکل 1-2: نمودارهای تنش- کرنش در زوایای مختلف13
شکل 1-3: انواع مختلف تقویت کننده ها......... 15
شکل 1-4: انواع مختلف الیاف.................. 16
فصل سوم: الیاف (تقویت کننده ها)
شکل3-1: تنش- کرنش برای تقویت کنندگان مختلف.. 35
شکل3-2: تصاویر میکروسکوپی از الیاف برون اپوکسی42
شکل 3-3: شکل الیاف مختلف.................... 54
فصل چهارم: ساخت مواد مرکب
شکل 4-1: نحوه بافت در روش فیلامنت............ 63
شکل 4-2: شماتیک دستگاه بافت فیلامنت.......... 64
شکل 4-3: دستگاه بافت فیلامنت................. 65
شکل 4-4: ماشین آلات بکار رفته در روش BMC..... 66
شکل 4-5: ماشین آلات بکار رفته در روش SMC..... 67
شکل 4-6: روش کششی........................... 69
شکل 4-7: ماشین آلات RTM...................... 75
شکل 4-8: ماشین آلات بکار رفته در روش RTM..... 76
فصل پنجم: کاربرد کامپوزیتها
شکل 5-1: کاربرد کامپوزیتها در بوئینگ 737-30082
شکل 5-2: پوسته موتور و نگهدارنده آن در بوئینگ 757 82
شکل 5-3: کاربرد کامپوزیتها در موتور راکتها.. 85
فصل هفتم: کمانش پوسته هاو مباحث تئوری مربوط به آن
شکل 7-1: ورق مستطیلی تحت نیروی فشاری دو محوره110
شکل 7-2: برایندهای تنش و ممان بر روی یک المان از ورق 110
شکل 7-3: لایه های ورق........................ 117
عنوان صفحه
شکل 7-4: کوتاه شدگی لبه های ورق............. 117
فصل هشتم: آشنایی با المان محدود و نرم افزار ANSYS
شکل 8-1: کاربرد اولیه المان محدود........... 130
شکل 8-2: مدل سازی تیر مخروطی تحت کشش به فنرهای سری130
شکل 8-3: تقسیم یک ناحیه به مناطق کوچکتر (گره ها و المانها)133
فصل نهم: مدل سازی مواد مرکب در ANSYS 5.4
شکل 9-1:المان پوسته ای Shell-91 برای مدل سازی ورق ها و پوسته ها.............................................. 140
شکل 9-2: المان پوسته ای Shell-99 برای مدل سازی ورق ها و پوسته ها.............................................. 141
شکل 9-3: المان سه بعدی Solid-46 المان بندی مسائل سازه ای 143
شکل 9-4: مش بندی آزاد....................... 146
شکل 9-5: استفاده از Smart Size برای ریز کردن مش بندی 146
شکل 9-6: مش بندی دستی....................... 148
شکل 9-7: منوی انتخاب المان.................. 150
شکل 9-8: منوی ویژگیهای مکانیکی.............. 151
شکل 9-9: منوی انتخاب تعداد لایه.............. 152
شکل 9-10: منوی مربوط به ضخامت و زاویه الیاف. 153
شکل 9-11: مدل سازی ورق...................... 153
شکل 9-12: منوی مش بندی...................... 155
شکل 9-13: ورق مش بندی شده از نمای ایزومتریک. 156
شکل 9-14: فعال کردن منوی محاسبه ماتریس سختی. 158
فصل دهم: نتایج
شکل 10-1: نمای روبرو- مود اول کمانش- کولار اپوکسی 172
شکل 10-2: نمای ایزومتریک- مود اول کمانش- کولار اپوکسی 172
شکل 10-3: معادله رویه کمانش داده در مد اول.. 173
شکل 10-4: نمای روبرو- مود دوم کمانش- کولار اپوکسی 174
شکل 10-5: نمای ایزومتریک- مود دوم کمانش- کولار اپوکسی 174
شکل 10-6: معادله رویه کمانش داده در مود دوم. 175
شکل 10-7: معادله رویه کمانش داده در مود دوم. 176
عنوان صفحه
شکل 10-8: معادله رویه کمانش داده در مود دوم. 177
شکل 10-9: نمای روبرو- مود سوم کمانش- کولار اپوکسی 178
شکل 10-10: نمای ایرومتریک- مود سوم کمانش- کولار اپوکسی 178
شکل 10-11: نمایش رویه کمانش داده در مد سوم.. 179
شکل 10-12: نمایش رویه کمانش داده در مد سوم.. 180
شکل 10-13: نمایش رویه کمانش داده در مد سوم.. 181
شکل 10-14: نمای روبرو- مد چهارم کمانش- کولار اپوکسی182
شکل 10-15: نمای ایزومتریک- مد چهارم کمانش- کولار اپوکسی182
شکل 10-16: معادله روی کمانش داده در مد چهارم183
شکل 10-17: معادله روی کمانش داده در مد چهارم184
شکل 10-18: معادله روی کمانش داده در مد چهارم185
فهرست جداول
عنوان صفحه
فصل سوم: الیاف (تقویت کننده ها)
جدول 3-1: انواع الیاف شیشه تجاری- نام و نوع مواد موجود در لیف 36
جدول 3-2: قطرهای موجود الیاف تجاری.......... 39
جدول 3-3: اتر دما بر استحکام الیاف شیشه نوع E41
جدول 3-4: خواص الیاف Sic..................... 44
جدول 3-5: خواص بعضی از الیاف آلومینا........ 45
جدول 3-6: خواص بعضی از الیاف کربن........... 47
جدول 3-7: مهمترین خصوصیات تقویت کننده های با کارایی بالا 53
فصل پنجم: کاربرد کامپوزیتها
جدول 5-1: برخی از خصوصیات کامپوزیتها و فلزات صنعتی83
جدول 5-2: نمونه ای از اجزاء ساخته شده با کامپوزیت 84
فصل دهم: نتایج
جدول 10-1: ویژگیهای مکانیکی کامپوزیتها...... 170
فصل یازدهم: نتیجه گیری و پیشنهاد برای ارائه کار
جدول 11-1: مقایسه بارهای کمانش برای چهار ماده مرکب در حالت زاویهای90/0 با سه
ضریب P 5/0 و 1/0 و 015/0.................... 248
جدول 11-2: نقش الیاف در تغییر بارهای کمانش.. 252
