پديد آورنده :
زرگريان فروشاني، علي
عنوان :
تحليل رفتار خستگي پرچرخه مواد سلولي حفره باز
گرايش تحصيلي :
طراحي كاربردي
محل تحصيل :
اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده مهندسي مكانيك
صفحه شمار :
هفده، 138ص.: مصور
استاد راهنما :
محسن اصفهانيان
استاد مشاور :
سعيد ضيايي راد، جواد كدخداپور
توصيفگر ها :
مواد متخلخل , سلول واحد , ساخت افزودني , تيتانيوم , توزيع ماده
استاد داور :
محمد مشايخي، محمدرضا فروزان، محسن بدرسماي، اميررضا شاهاني، حسين حسيني تودشكي
تاريخ ورود اطلاعات :
1395/02/11
كد ايرانداك :
ID880 دكتري
چكيده فارسي :
12 چكيده مواد سلولي دستهاي از مواد هستند كه ويژگي اصلي آنها امكان تشخيص سلولهاي مجزا در ساختار آنها است ويژگيهاي منحصر بهفرد اين مواد همچون نسبت استحكام به وزن باال خاصيت ضربهپذيري عايق بودن آنها و ديگر خواص باعث گسترش روزافزون كاربرد اين مواد در صنايع مختلف همچون خودرو هوافضا و پزشكي شده است يكي از خواص مكانيكي مهم كه بايستي مورد بررسي قرار گيرد رفتار خستگي اينگونه مواد تحت بارگذاري چرخهاي است انجام آزمون خستگي با توجه به زمانبر بودن اين آزمون و نيز هزينهبر بودن آن چه از نظر تجهيزات مورد نياز و چه از لحاظ هزينه ساخت نمونهها بهخصوص در صنايع پيشرفته با محدوديتهاي زيادي روبروست به اين لحاظ در اين رساله روشي براي تحليل رفتار خستگي پرچرخه ماده سلولي به روش عددي ارائه شدهاست با توسعه روشهاي ساخت افزودني در ساليان اخير امروزه بسياري از اين ساختارهاي به اين روش ساخته ميشوند و بهسرعت در حال پيشرفت هستند بدين لحاظ در اين رساله تمركز اصلي بر روي شبيهسازي رفتار خستگي پر چرخه تيتانيومي ساخته شده به روش ذوب گزينشي است استفاده از روشهاي ساخت افزودني امكان كنترل بر روي توزيع ماده در ساختار را ميدهد در حاليكه اين امر در روشهاي مرسوم توليد اين مواد امكانپذير نيست نحوه توزيع ماده در ساختار سلولي ميتواند بر خواص مكانيكي اين مواد اثرگذار باشد با توجه به اهميت زياد اين موضوع در پيشرفت تحقيقات در زمينهي توليد مواد سلولي بخشي از تحقيق حاظر به بررسي اين موضوع ميپردازد به اين منظور مدلهاي اجزاي محدود سلول واحد ساختار با هندسه كلوين تهيه شد و با انجام شبيهسازي عددي مدول االستيك و ضريب پواسون بهدست آمد و ارتباط آن با چگالي نسبي و درصد توزيع ماده در گره توسط روابطي ارائه گرديد همچنين به منظور صحتسنجي نتايج عددي نمونههاي پليمري با روش چاپ سهبعدي ساخته شد و تحت تست فشار قرار گرفتند نتايج عددي و تجربي همخواني خوبي با هم داشتند و مويد اين مطلب هستند كه به طور كلي با افزايش توزيع ماده در گره امكان افزايش سختي ساختار تا حدود 16 درصد وجود دارد در بخش بعد الگوريتمي جهت شبيهسازي خستگي پرچرخه ساختارهاي سلولي حفرهباز تيتانيومي ارائه گرديد اين الگوريتم شامل چرخه اي بر روي شكست خستگي ميلههاي تشكيل دهنده ساختار است به اين معني كه در هر گام شبيهسازي ميله با كمترين عمر حذف ميشود چرخه تا زماني كه سختي ساختار تا 15 درصد افت كند ادامه مييابد براي تخمين عمر خستگي ميلهها از روش تنش عمر ورابطه سادربرگ و ماينر استفاده شد نتايج شبيهسازي با نتايج تجربي موجود در پژوهشهاي گذشته مقايسه شد نشان داده شد كه شبيهسازي قادر به تخمين استحكام خستگي با دقت 12 درصد است همچنين نشان داده شد كه رابطه S N براي ساختار سلولي از رابطه تواني تبعيت ميكند كه توان رابطه تنها به رفتار خستگي ماده تشكيلدهنده ساختار بستگي دارد اين در حالي است كه ضريب رابطه عالوه بر آن به شكل سلول و چگالي نسبي و بينظمي ساختار نيز بستگي دارد در ادامه اثر پارامترهاي مختلف همچون شكل سلول و چگالي نسبي بر روي رفتار خستگي با استفاده از شبيهسازي عددي مورد مطالعه قرار گرفت و در پايان رابطهاي براي در نظر گرفتن اين اثرات پيشنهاد گرديد اثر بارگذاري چندمحوره و اثر تنش ميانگين نيز بهروش عددي مورد بررسي قرار گرفت و نشان داده شد كه تنش فونميزز معيار مناسبي براي تنش معادل نوساني است و نيز معيار گودمن بهخوبي قادر به در
چكيده انگليسي :
High Cycle Fatigue Analysis of Open Cell Cellular Solids Ali Zargarian a zargarian@me iut ac ir January 17 2016 Department of Mechanical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 IranSupervisor Dr Mohsen Esfahanian1 mesf1964@cc iut ac ir Dr Saeed Ziaei Rad Advisors Dr Javad Kadkhodapour Department Graduate Program Coordinator Dr Mohammad Reza Salimpour Abstract In this research the mechanical behavior of cellular solids was investigated with emphasize on thefatigue behavior Effect of solid distribution between edges and vertices of three dimensional cellular solid with anopen cell structure was investigated both numerically and experimentally Elastic properties of cellular solids withtetrakaidecahedral Kelvin unit cell was calculated by FEA Relative densities between 0 01 and 0 1 and variousvalues of solid fractions were considered In order to validate the numerical model three scaffolds with the relativedensity of 0 08 but different amounts of solid in vertices was built and tested under compression loading Goodagreement was observed between numerical simulation and experimental results Results of numerical simulationshowed that at relative densities higher than 0 02 Young s modulus increased by shifting materials away from edgesto vertices In the next step the effects of cell geometry relative density irregularities in struts and the fatigueproperties of bulk material on the high cycle fatigue behavior of Titanium scaffolds produced by additivemanufacturing were numerically investigated by finite element analysis The regular titanium lattice samples withthree different unit cell geometries and the relative density range of 0 1 0 3 were analyzed under uniaxial cycliccompressive loading A failure event based algorithm was employed to simulate fatigue failure in the cellularmaterial Stress life approach was used to model fatigue failure of both bulk struts and cellular material Thepredicted fatigue life and the damage pattern of all three structures were found to be in good agreement with theexperimental fatigue investigations published in the literature The results also showed that the relationshipbetween fatigue strength and cycles to failure obeyed the power law The coefficient of power function was shownto depend on relative density geometry and fatigue properties of the bulk material while the exponent was onlydependent on the fatigue behavior of the bulk material The results also indicated the failure surface at an angle of45 degree to the loading direction The effect of mean stress and multiaxial loading was also investigated and it wasshown that Goodman law and Von Misses criteria could effectively be used to take into account these two effect Aseries of titanium lattice structure with kelvin unit cell was manufacture and tested under fatigue loading and resultswere compared with numerical simulation results There was an acceptable agreement between numerical andexperimental simulation results Key Words Finite element Fatigue Additive manufacturing cellular solids Ti6Al4V ELI1 Isfahan University of Technology Isfahan University of Technology University of Stuttgart Stuttgart Germany
استاد راهنما :
محسن اصفهانيان
استاد مشاور :
سعيد ضيايي راد، جواد كدخداپور
استاد داور :
محمد مشايخي، محمدرضا فروزان، محسن بدرسماي، اميررضا شاهاني، حسين حسيني تودشكي
