دانلود پایان نامه ارشد : بررسي تنش‌هاي سه بعدي بين‌لايه‌اي دراتصالات مکانيکي در مواد مرکب لايه‌اي

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مکانیک 

گرایش : طراحي کاربردي

عنوان : بررسي تنش‌هاي سه بعدي بين‌لايه‌اي دراتصالات مکانيکي در مواد مرکب لايه‌اي

 دانشگاه شیراز 

دانشکده مهندسي مکانيک

پايان‌نامه کارشناسي ارشد در رشته مهندسي مکانيک (طراحي کاربردي)

 بررسي تنش‌هاي سه بعدي بين‌لايه‌اي دراتصالات مکانيکي در مواد مرکب لايه‌اي

 استاد راهنما

دکتر محمدحسن کدیور

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکيده

هدف از انجام این پایان‌نامه بررسی تنش‌های بین لایه‌ای به صورت سه‌بعدی در اتصالات مکانيکي در مواد مرکب لايه‌اي می‌باشد. برای این کار از روش المان محدود و نرم‌افزار ABAQUS استفاده شده است. میدان تنش در هر لایه از ورق کامپوزیت بد‌ست آمده و فشار تماسی بین پین و ورق و جابجایی شعاعی اطراف سوراخ نیز محاسبه شده است. در ادامه جدایش در ورق مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا تنش‌های بین لایه‌ای و فشار تماسی بدون در نظر گرفتن اصطکاک در سطح تماس میان پیچ و ورق برای لایه‌گذاری متقارن در سه‌ لایه‌چینی متفاوت بدست آمده است. پس از آن تاثیر اصطکاک میان پیچ و ورق مورد ارزیابی قرار گرقته است. سپس جدایش میان لایه‌ها برای دو لایه‌چینی مورد مطالعه قرار گرفته است و تاثیر اصطکاک میان پیچ و ورق بر روی جدایش مورد ارزیابی قرار گرقته است. نتایج نشان می‌دهد که صرف‌نظر کردن از اصطکاک در سطح تماس تا 50% خطا در مقدار تنش‌ها و 46% در نیروی اعمالی برای ایجاد جدایش به همراه دارد.

فهرست مطالب

صفحه       عنوان
1

فصل 1- مقدمه..………………. ‌ع

1-1- مروري بر کارهاي گذشته. 2

1-2- هدف از انجام تحقيق، ضرورت و کاربردها 6

1-3- نحوه‌ي انجام کار 7

 فصل 2- تئوري مواد مرکب و اتصالات مكانيكي.. 9

2-1- مقدمه. 10

2-2- روابط حاكم بر مواد مرکب.. 11

2-3- انواع لايه‌ها ولايه‌گذاريها 15

2-4- – محاسبه تنش با توجه به بار وارده بر چندلايه. 16

2-5- محاسبه ضريب اصطكاك سه بعدي در سطوح تماس    17

2-6- اتصالات در مواد مركب.. 24

2-6-1- اتصالات چسبي.. 24

2-6-2- اتصالات مكانيكي.. 26

 فصل 3- راست‌آزمايي.. 27

3-1- توصيف مسئله. 28

3-2- فرمول‌بندي مسئله. 29

3-2-1- مدل المان محدود سه بعدي.. 32

3-2-1- نتايج. 32

 فصل 4- نتايج تنش‌هاي بين لايه‌اي در لايه‌گذاري متفاوت   33

4-1- مقدمه. 34

4-2- تعريف مسئله. 34

4-3- تحليل مسئله به صورت سه‌بعدي.. 36

4-3-1- مدل المان محدود سه بعدي.. 36

4-4- بررسي نتايج ميدان تنش در لايه‌گذاري‌هاي متفاوت   39

4-4-1- ميدان تنش در لايه‌گذاري شبه‌ايزوتروپيك ………………… 40

4-4-2- ميدان تنش در لايه‌گذاري عرضي …………….. 48

4-4-3- ميدان تنش در لايه‌گذاري زاويه‌اي ……………………. 57

4-5- بررسي اثر اصطكاك بين پيچ و ورق. 63

4-5-1- ميدان تنش در لايه‌گذاري عرضي ……………… 63

4-5-2- ميدان تنش در لايه‌گذاري زاويه‌اي ……………………. 69

فصل 5- جدايش در ورق. 74

5-1- مقدمه. 76

5-2- تحليل مسئله. 76

5-3- نتايج جدايش در لايه‌گذاري عرضي …………….. 77

5-4- نتايج جدايش در لايه‌گذاري زاويه‌اي ……………………. 84

فصل 6- بررسي فشار تماسي و جابجايي شعاعي در اتصالات   84

6-1- مقدمه. 87

6-1- بررسي سطح تماس در لايه‌گذاري عرضي و زاويه‌اي   87

6-3- اثر اصطكاك در فشار تماسي و جابجايي شعاعي.. 90

فصل 7- نتیجه‌گیری.. 96

مراجع:. 103

مقدمه

بيشتر ماشينها و دستگاهها از اعضاء متعددي تشكيل شده‌‌اند كه با اتصالات مختلف به يكديگر مرتبط مي‌‌شوند. قابليت ساخت و سرويس آسانتر قطعات از دلايل اصلي ساخت ماشينها يا دستگاهها با بيش از يك عضو مي‌‌باشد. اعضاء اتصال‌‌دهنده، مانند يك پيچ و مهره معمولي مي‌‌توانند در موارد متفاوتي بكار روند و در اكثر اين موارد عضوهاي اتصال‌دهنده وظيفه انتقال بارهاي وارده را دارند. ايدة تكرار استفاده از اعضاء اتصال دهنده وقتي حائز اهميت مي‌‌شود كه بدانيم براي مثال يك اتومبيل بيش از ده ‌‌هزار قطعه، ماشين ابزار بيش از بيست‌‌ هزار قطعه و كارخانه نورد بيش از يك ميليون قطعه دارند.

اتصالات مي‌توانند دائمي يا غير دائمي باشند. انتخاب اين موضوع بستگي به هدف بكارگيري اتصال و مسائل اقتصادي دارد. استفاده از اتصالات دائمي تنها يكبار امكان‌‌پذير است اما اين اتصالات ارزانتر بوده و نيروهاي ديناميكي را راحت‌تر تحمل مي‌‌كنند، بنابراين در جائيكه استحكام موردنظر است مي‌‌توان با اطمينان از اين نوع اتصال استفاده كرد. اتصالات غير‌‌دائمي قابليت استفاده مجدد بيشتري دارند اما براي تحمل بارهاي وارده مختلف چندان مناسب نيستند.

امروزه مواد مرکب[1] در صنعت اهميت خود را نشان داده است و بنابراين مسائل آن نيز بايد با دقت بيشتري بررسي گردد. يکي از مهمترين اين مسائل اتصال قطعات مرکب چند لايه‌هاي[2] به يکديگر مي‌باشد. به طور کلي سه گروه اصلي اتصالات در صفحات مرکب چند لايه وجود دارند: اتصالات چسبي[3]، اتصالات مكانيكي[4]، تركيبي از اتصالات چسبي و مكانيكي[5]. اتصالات مكانيكي كاربرد وسيعي در صنعت به خصوص سازه‌هاي هوايي دارد. لذا از ديرباز طراحان توجه خاصي به آن معطوف كرده‌اند. تعيين مقاومت نهايي و نوع گسيختگي اتصال، تحليل تنش در محل قرارگيري پين كه داراي تمركز تنش بالايي است را ضروري مي‌‌نمايد.

نظر به اينكه انجام تحليلهاي ساده و پايه‌اي نمي‌تواند معيار مناسبي جهت تعيين نقاط تمركز تنش، توزيع تنش در اتصالات وتعيين تنش‌هاي بين صفحه‌اي باشد، بسياري از محققان به روشهاي تحليلي پيچيده روي آورده‌اند. گرچه روشهاي پيچيده مذكور پارامترهاي بيشتري همچون مسئله تماس پرچ با ورق در چنين اتصالاتي را مورد بررسي قرار داده و به تأثير كمي و كيفي آنها بر رفتار اتصال مي‌پردازد اما استفاده كاربردي از آنها امكان‌پذير نمي‌باشد. بر همين اساس در سالهاي اخير با گسترش و پيشرفت در صنعت توليد سخت‌افزار و نرم‌افزارهاي رايانه‌اي استفاده از روشهاي عددي به خصوص روش اجزاء محدود و نرم‌افزارهاي خاص آن، روند فزاينده‌اي پيدا نموده است. با استفاده از روش اجزاء محدود مي‌توان هندسه‌هاي پيچيده، بارگذاريهاي متنوع و شرايط مرزي گوناگوني را در اين اتصالات مدلسازي و تحليل نمود.

1-1- مروري بر کارهاي گذشته

مبحث تمركز تنش در يك سوراخ داير‌ه‌اي شكل بر روي ورق كه تحت بار وارده از يك پين قرار گرفته و در شرايط تنش صفحه‌اي[6] و يا كرنش صفحه‌اي[7] قرار دارد يكي از مسائل كلاسيك در تئوري الاستيسيتة خطي مي‌باشد

درسالهاي بين 1940 تا 1950  مطالعات تحليلي نسبتاً خوبي بر روي  اتصالات چسبي درفلزات  انجام شد و سپس اين تحقيقات براي مواد مرکب در اواخر سال 1960 مورد استفاده قرار گرفت. اما اتصالات مکانيکي مواد مرکب از نظر تحليلي كمتر مورد توجه قرار مي‌گرفت. پس از رشد و توسعه مواد مرکب در صنعت به خصوص صنعت هوايي، طراحي و تحليل اتصالات  مكانيكي درمواد مرکب مورد توجه محققان قرار گرفت.

به طور كلي در سه دهه گذشته مقالات زيادي در زمينه اتصالات مكانيكي در مواد مرکب ارائه شده است، بخش عمده‌اي از مقالات، بوسيله نتايج تجربي اثرات دما و رطوبت، ترتيب لايه‌ها‌، خواص هندسي، تلرانس و لقي بين پين و سوراخ را مورد بررسي قرار داده است ]1 و 2.[ روشهاي تحليلي قسمت کوچکتري از تحقيقات در زمينه اتصالات مکانيکي را به خود اختصاص داده است. در اين موارد از مدل هاي دو بعدي استفاده شده و در نهايت با ساده سازي مسئله توزيع تنش در اطراف سوراخ بدست آمده است ]3 و 4[.

 در بخش ديگري از مقالات نيز از روشهاي عددي جهت پيش‌بيني ميدان تنش در اتصالات مكانيكي استفاده شده است ]5-8.[ بطور كلي مهمترين مرحله در روشهاي عددي، تحليل تنش و دستيابي به نمودار توزيع تنش اطراف سوراخ مي‌باشد، زيرا پارامترهاي مختلفي از جمله:  نحوه مدلسازي اتصال (دوبعدي يا سه بعدي)، نحوه اعمال شرايط مرزي، لقي و اصطكاك بين پين و سوراخ ، متقارن يا نامتقارن بودن اتصال و ترتيب لايه‌ها تاثير بسيار زيادي در توزيع تنش بين لايه ها دارند.

از نظر مدلسازي اجزاء محدود، نوع المانهاي مورد استفاده در هندسه مدل در حالتهاي دو بعدي و سه بعدي، نوع المانهاي تماس مورد استفاده و ويژگيهاي آنها مانند سختي تماسي و ميزان نفوذپذيري المانهاي درگير، و يا اصطكاك بين سطوح تماس را مي‌توان از عوامل مؤثر بر رفتار اتصالات غير دائم پيچ و پين برشمرد. البته قابل ذکر است که اغلب محققان از مدلهاي دوبعدي خطي اجزاء محدود استفاده نموده‌اند.

در مدلهاي دوبعدي براي مدلسازي پين سه روش مورد استفاده محققان قرار گرفته است. روش اول به اين صورت است که جابه‌جايي شعاعي گره‌هاي اطراف سوراخ مقيد مي‌شود و بار به لبه اتصال اعمال مي شود ]9[. در روش ديگر بار به صورت يك تنش شعاعي كسينوسي بر روي لبه سوراخ اعمال مي‌گردد و لبه اتصال مقيد مي‌شود ]10.[ بعضي از محققان نيز براي مدلسازي پين از المانهاي صلب يا خرپا استفاده كرده‌اند كه بار به صورت متمركز به مركز پين اعمال مي‌شود ]11[. لازم به ذكر است اين روشها هميشه جواب دقيقي را نشان نمي‌دهند. بنابراين براي دستيابي به جوابهاي بهتر مي‌بايست بار اعمالي پين را به صورت واقعي‌تري مدل نمود.

علاوه بر تحقيقاتي كه به صورت تجربي بر روي تنش هاي بين لايه اي و اثر اين تنش ها بر لايه لايه شدن صفحات انجام شده است(به عنوان مثال توسظ دنيل[8] در سال 1974 [18] روش هاي تحليلي زيادي براي تعيين ميدان تنش اطراف سوراخ هاي باز ارائه شد.

اما رفتار مكانيكي صفحات مركب كه داراي اتصالات هستند بسيار دشوارتر است.كمنهو و متيو[9] [19] در سال 1997 بررسي جامعي برروي آسيب‌هاي وارده بر صفحات در نزديكي سوراخ‌ها انجام دادند. در ضمن در اين ميان مدل هاي ساده شده زيادي براي مطالعه عددي ميدان تنش و شكست در اتصالات مكانيكي در صفحات مركب ارائه شد.به عنوان نمونه دانو[10] [6] يک مدل دو بعدي را براي پيش بيني پاسخ اتصالات ميان صفحات مرکب تحت بارگذاري بررسي کرد که در اين مدل اتصالات صلب در نظر گرفته شده بود. در همين زمينه تحليل هاي سه بعدي نيز توسط چن[11] در سال 1995 [13]، ايرمن[12] در سال 1998 [20] انجام شد. ايرمن در بررسي خود اتصالات را الاستيك فرض كرده بود واز اثر اصطكاك در ميان صفحات مركب صرفنظر كرده بود.

يانگ[13] و يان[14] در سال 2003 [5] روش دقيق عددى براي بررسي رفتار مكانيكي صفحات مركب با اتصالات الاستيسيته را تعيين كردند. آنها اتصالات را ايزوتروپيك فرض كردند و در سطح تماس اتصال و صفحات اصطكاك را لحاظ كردند. صفحات در تحليل آنها متقارن مي باشد.

هاير[15] همکارانش در سال 1987 [12] با روش عددي اثرات الاستيسيته پين، لقي و اصطکاک را بر توزيع تنش شعاعي و محيطي اطراف سوراخ در اتصالات مکانيکي صفحات اورتوتروپيک[16] بررسي کردند. مدل استفاده شده به صورت دو بعدي بوده و از دو لايه گذاري متقارن جهت بررسي پارامترهاي فوق استفاده شده است.

چن[17] به همراه همكارانش در سال 1995 [13] تحليل تنش تماس سه بعدي يك اتصال مكانيكي مواد مرکب لايه‌اي متقارن را با روش عددي انجام دادند. آنها با استفاده از تماس محلي بين پين با سوراخ و در نظر گرفتن اصطكاك و لقي بصورت سه بعدي نتايج خود رابه دست آوردند.

در سال 1999 زيائو[18] [14] و همكارانش ضريب اصطكاك موثر براي يك ماده مرکب لايه‌اي را در تحليل ورق با اتصال پين مورد مطالعه قرار دادند. آنها نشان دادند كه ضريب اصطكاك در جهات مختلف در يک لايه مقادير متفاوتي را داراست، سپس براي مدل سازي ، توزيع غيريكنواخت ضريب اصطكاك بصورت تابعي از زاويه را بكار بردند.

آير[19] در سال 2000 ]15[ با ساختن يک مدل المان محدود توزيع تنش شعاعي و محيطي را در اتصالات پيني بدست آورده و اثرات اصطکاک، هندسه و بار دو محوري را بررسي کرد. البته تحقيق او محدود به صفحات ايزوتروپيک بوده با اين تفاوت که اثر جنس پين بر توزيع تنش شعاعي و محيطي مورد بررسي قرار گرفته است.

کديور و شاهي در سال 2002 ]16[ سطح تماس پين وسوراخ را بوسيله يک مدل سه بعدي المان محدود و به کمک نرم افزار ANSYS در امتداد ضخامت چندلايه محاسبه کرده‌اند، آنها پين را صلب فرض نموده‌اند و با اعمال شرايط مرزي مناسب، اثرات پين بر روي سوراخ را مدل کرده و تاثير شکل هندسي بر ناحيه تماس و توزيع تنش را بررسي نموده‌اند.

شياه[20] و چن[21] در سال2006 تنش هاي بين لايه اي را بين صفحات نازك كامپوزيت تحت بارهاي گرمايي تحليل كردند. آنها از روش المان مرزي استفاده كردند و صفحات را بسيار نازك فرض كردند. در ضمن صفحات به صورت شبه ايزوتروبيك مورد مطالعه قرار گرفتند. و در پايان براي بررسي صحت تحليل هاي خود نتايج را با يك نمونه عددي شرح دادند.

تعداد صفحه :133

قیمت : 14700 تومان

———–

——-

پشتیبانی سایت :               serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  --