شماره راهنما :
1998 دكتري
پديد آورنده :
حسيني، حميدرضا
عنوان :
تحليل اثر ضربه با سرعت كم بر روي ورقهاي مركب با ضخامت متغير و مجهز به آلياژهاي حافظه‌دار با استفاده از روش نوار محدود اسپلاين
گرايش تحصيلي :
سازه و زلزله
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
ده، 236ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
ضربه‌ي سرعت كم , روش نوار محدود اسپلاين , آلياژهاي حافظه‌دار , تئوري برشي مرتبه بالاتر , كرنش‌هاي غير خطي , ورق مركب با ضخامت متغير
استاد داور :
بشير موحديان عطار، نسرين جعفري، حسين تاجمير رياحي
تاريخ ورود اطلاعات :
1401/10/13
رشته تحصيلي :
مهندسي عمران
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1401/10/14
چكيده فارسي :
ورق‌ها در طول مدت سرويس در مقابل برخورد اجسام قرار مي‌گيرند كه به اين برخورد ضربه گفته مي‌شود. اين ضربه كه در دسته‌ي ضربه‌ي سرعت كم قرار دارد باعث ايجاد تغيير شكل‌هاي بزرگ مي‌شود. اين تغيير شكل‌‌ها با اتلاف انرژي به صورت گرما روبرو بوده و تغيير شكل‌هاي دائمي، خسارت و انهدام را در پي خواهد داشت. براي مقابله با اثر مخرب برخورد اجسام به ورق‌ها و پوسته‌ها از مواد حافظه‌دار شكلي استفاده مي‌شود كه به دليل خاصيت سوپر الاستيكي خود قابليت ترميم را به ورقهاي مركب مي‌دهد. براي تحليل ضربه روش‌هاي گوناگوني به كار برده شده است. روش نوار محدود كه شكل توسعه يافته‌اي از روش المان محدود است، روشي شناخته شده در تحليل ورق‌ها با هندسه‌ي منظم مي‌باشد. در اين رساله براي ورقهاي نسبتا ضخيم و براي در نظر گرفتن تغيير شكل‌هاي برشي از تئوري اصلاح شده ورق استفاده شده است كه علاوه بر دارا بودن خصوصيات نظريه‌هاي مرتبط با تغيير شكل برشي، داراي مجهولات كمتري نسبت به ساير روش‌ها است. از ورق‌ها و پوسته‌هاي مركب به دليل وزن كم و مقاومت خوب آنها در برابر بار‌هاي عرضي در صنايع مختلف استفاده مي‌شود. در برخي موارد لازم است كه قسمتي از سازه‌هاي مهندسي داراي سختي بيشتري باشد و اين در صورتي است كه در قسمت ديگر انعطاف پذيري مسئله اساسي طراحي است. براي اين موارد ورق‌ها با ضخامت متغير معرفي و توليد شده‌اند. در اين رساله براي اولين بار اثر ضربه به ورقهاي مركب با ضخامت متغير و ثابت مجهز به آلياژهاي حافظه‌دار به كمك روش نوار محدود اسپلاين بررسي شده است. تاريخچه مختصري از تحقيقات انجام شده در مورد اثر ضربه شرح داده شده و پس از آن معادلات اساسي ورق مركب با ضخامت متغير و مجهز به آلياژ حافظه‌دار كه تحت بار ضربه قرار مي‌گيرد تبيين و روش نوار محدود اسپلاين براي گسسته سازي معادلات به كار گرفته شده است. در مقايسه‌ي روش نوار محدود با المان محدود، بررسي نتايج نشان مي‌دهد كه روش نوار محدود با وجود دقت بالا هزينه محاسبات را به شدت كاهش مي‌دهد. ضربه‌هاي بررسي شده در اين رساله دو نوع ضربه كنترل مرزي و ضربه كنترل موجي مي‌باشد. مطالعه اثر تكيهگاهها در هر دو نوع ضربه مشخص مي‌كند كه در ضربه كنترل مرزي اثر تكيهگاهها بسيار محسوس مي‌باشد در صورتي كه در ضربه كنترل موجي نوع تكيهگاهها اثري در نتايج حاصل شده ندارند. در ضربه كنترل موجي با وجود كم بودن مدت زمان وقوع ضربه و جرم ضربه زننده نسبت به جرم ورق نيروي قابل توجهي به ورق منتقل مي‌شود. مقايسه نتايج ورق‌ها با شرايط مرزي متفاوت در ضربه كنترل مرزي نشان مي‌دهد كه نيروي ضربه در ورق با تكيه‌گاه‌هاي مقيدتر افزايش مي‌يابد در صورتي كه مقدار تغيير مكان محل برخورد و فرورفتگي كاهش پيدا مي‌كند. در ادامه اثر لايه‌گذاري و پيكربندي، تغيير ابعاد، تغيير انرژي اوليه و ضربه غير مركزي مورد مطالعه قرار مي‌گيرد. اين بررسي‌ها نشان مي‌دهد هنگامي كه ورق سخت‌تر مي‌شود و قابليت انعطاف پذيري كمتري داشته باشد، بيشينه‌ي نيروي ضربه در آن بيشتر و تغيير مكان و فرورفتگي محل برخورد كمتر مي‌شود. همچنين در اين رساله تغيير انرژي اوليه به دو روش تغيير سرعت اوليه و جرم ضربه زننده انجام مي‌شود. اين نتايج نشان مي‌دهد با افزايش انرژي نيروي ضربه، مقدار تغيير مكان محل برخورد و ميزان فرورفتگي افزايش پيدا مي‌كند با اين حال هنگامي كه انرژي با افزايش سرعت اوليه و ثابت نگه داشتن جرم ضربه زننده، افزايش پيدا مي‌كند، مدت زمان ضربه كاهش پيدا مي‌كند، در حالي كه با افزايش جرم ضربه زننده و ثابت نگه داشتن سرعت اوليه ضربه زمان وقوع ضربه افزايش پيدا مي‌كند. همچنين اثر آلياژهاي حافظه‌دار در ورق مركب با ضخامت متغير بررسي مي‌شود كه نشان مي‌دهد اثر حافظه‌داري باعث كاهش تنش‌ها و تغيير مكان ورق مي‌شود. نمودار تاريخچه زماني محل برخورد ضربه زننده در ارتعاش آزاد بعد از ضربه در ورق مجهز به مواد حافظه دار در مقايسه با ورق بدون آن مواد كمتر مي‌باشد كه اين نشان مي‌دهد ورق حافظه‌دار علاوه بر مقاومت بيشتر در مقابل ضربه ميرايي بيشتري نيز دارد.
چكيده انگليسي :
Plates collide with external objects during their service life; this phenomenon is called impact. The impact that is defined by the low-velocity category causes large deformations. The finite strip method, an extension of the finite element method, is a well-approved approach for analyzing plates with rectangular shapes. This method reduces the computational cost of analysis significantly. In the present study, the refined plate theory is selected to analyze moderately thick plates to consider shear deformations. The refined plate theory provides high accuracy and has fewer unknowns’ parameters than the other approaches corresponding to shear deformable plates. The displacement components corresponding to shear and moment are defined independently for each in-plane and out-of-plane deformation. Hence, the resultant shear forces and bending moments can be calculated based on the corresponding shear and moment displacements. The composite plates are widely used in aerospace and marine industry and engineering structures due to their lightweight and high resistance against transverse loading. The special application of structures requires that some members have variable stiffness, i.e., different flexibility along the length of the member. The tapered composite materials are manufactured for this purpose. The present study investigates the effect of impact on constant and tapered composite materials enhanced with shape memory alloys through spline finite strip method (SFSM) analysis. A literature review related to the impact effect is explained briefly in the beginning. The governing differential equations of constant and tapered thickness composite material enhanced with shape memory alloys are derived. The spline finite strip method is applied for the discretization of the governing differential equations. It was observed that the finite strip method of analysis provides high accuracy and less computational cost compared to the finite element method. Two types of boundary-control and wave-control impact were studied. The boundary conditions significantly affect boundary-control impact, while the effect on wave-control impact is negligible. Although there was a short period of impact time and a small mass ratio of the impactor to plate, a considerable force is transferred in the wave-control case. The influence of different boundary conditions was investigated for the wave-control impact case. The impact force is increased, while the displacement of the impact location and indentation is decreased as more rigidity is considered for the boundary conditions. The effect of the lamination scheme, tapered configuration, plate dimensions, initial energy, and eccentric impact is also studied. The maximum impact force is larger when a plate with higher stiffness, and lower flexibility, is considered. On the other hand, displacement of the contact location and indentation gets smaller for the same case. The initial energy effect was analyzed in two ways, by changing the initial velocity and impactor mass. The impact force, the impact location displacement, and indentation are increased when larger initial energy is considered. There is an indirect relationship between impact time and initial energy in changing the initial velocity case. A shorter impact time is obtained for greater initial energy values. In changing the impactor mass case, a longer impact time response is gained by increasing the initial energy. In addition, the effect of shape memory alloys in tapered composite materials was investigated. It was observed that both of the stresses and displacements were decreased for the enhanced composite materials. The displacement amplitude of impact location corresponding to the time-history diagram is less for the composite material enhanced with shape memory alloy compared to the common composite materials. It is concluded that enhanced composite materials have higher resistance and damping ratio against impact.
استاد راهنما :
مجتبي ازهري , حسين عموشاهي
استاد داور :
بشير موحديان عطار، نسرين جعفري، حسين تاجمير رياحي
