پديد آورنده :
نصري نهر، محمدجواد
عنوان :
طراحي و تحليل عددي و تجربي فرامواد جديد بر پايه سازههاي كايرال
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
طراحي كاربردي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
سيزده، 78ص: مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
آنپكتيك , ضريب پواسون منفي , ساختار كايرال , انبساط حرارتي منفي , فرامواد مكانيكي
تاريخ ورود اطلاعات :
1404/11/11
رشته تحصيلي :
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1404/11/12
چكيده فارسي :
فرامواد به عنوان موادي با خواص نامتعارف، نقش تعيينكنندهاي در فناوريهاي پيشرفته مانند هوافضا، رباتيك و مهندسي پزشكي ايفا ميكنند. اين مواد قادر به نمايش رفتارهاي مكانيكي و حرارتي بينظيري هستند كه در مواد متعارف يافت نميشود. دستيابي همزمان به خواص آگزتيك و انبساط حرارتي منفي، هدف اصلي اين پژوهش بوده است.
در اين رساله، يك ساختار آگزتيك بر پايه تركيب ساختار كايرال و آنتيكايرال طراحي شد. با استفاده از روش نامتقارنسازي هندسه و به كارگيري دو ماده با ضرايب انبساط حرارتي متفاوت، امكان ايجاد همزمان رفتار آگزتيك و انبساط حرارتي منفي فراهم گرديد. سپس با بهرهگيري از مدلسازي پارامتريك در نرمافزار آباكوس، هندسه سلول واحد سهبعدي طراحي شد. روش طراحي آزمايش تاگوچي براي بررسي روشمند اثر پنج پارامتر هندسي كليدي به كار گرفته شد. شبيهسازيهاي اجزا محدود براي استخراج خواص مكانيكي و حرارتي انجام پذيرفت و بررسي همگرايي مش براي اطمينان از صحت نتايج عددي صورت گرفت. تحليل نتايج با استفاده از روش نسبت سيگنال به نويز انجام شد و اهميت هر پارامتر بر اساس تاثير آن در نتيجه بدست آمد و در نهايت، صحتسنجي نتايج عددي با آزمايشهاي تجربي بر روي نمونههاي ساختهشده انجام گرديد.
نتايج بهدستآمده نشان داد كه ساختار پيشنهادي موفق به نمايش همزمان رفتار آگزتيك و انبساط حرارتي منفي شده است. تحليل نتايج حاكي از تأثير معنادار پارامترهاي هندسي بر خواص مكانيكي و حرارتي ساختار بود. پارامترهاي فاصله بين صفحات و نسبت ابعاد ليگامنتها سلول واحد به عنوان مؤثرترين عوامل شناسايي شدند. مقايسه نتايج عددي و تجربي صحت و دقت مدل پيشنهادي را تأييد نمود.
چكيده انگليسي :
Metamaterials, as substances with unconventional properties, play a decisive role in advanced technologies such as aerospace, robotics, and biomedical engineering. These materials are capable of exhibiting unique mechanical and thermal behaviors not found in conventional materials. The simultaneous achievement of auxetic properties and negative thermal expansion has been the primary objective of this research. In this dissertation, an auxetic structure based on a combination of chiral and anti-chiral architectures was designed. By employing an asymmetric geometric design approach and utilizing two materials with different coefficients of thermal expansion, the simultaneous realization of auxetic behavior and negative thermal expansion was made possible. Subsequently, using parametric modeling in ABAQUS software, a three-dimensional unit cell geometry was designed. The Taguchi design of experiments method was employed to systematically investigate the effect of five key geometric parameters. Finite element simulations were conducted to extract mechanical and thermal properties, and mesh convergence studies were performed to ensure the accuracy of numerical results. Analysis of the results was carried out using the signal-to-noise ratio method, and the significance of each parameter was determined based on its impact on the outcome. Finally, the accuracy of the numerical results was validated through experimental tests on fabricated samples. The obtained results indicated that the proposed structure successfully exhibits simultaneous auxetic behavior and negative thermal expansion. Analysis of the results revealed the significant influence of geometric parameters on the mechanical and thermal properties of the structure. The parameters of inter-plate distance and the aspect ratio of the unit cell ligaments were identified as the most effective factors. Comparison of numerical and experimental results confirmed the validity and accuracy of the proposed model.
استاد راهنما :
رضا جعفري ندوشن , عليرضا شهيدي ريزي
استاد داور :
صالح اكبرزاده , مهدي سلماني تهراني