دانلود پایان نامه ارشد : طراحي، ساخت و تست ديناميكي سازه‌هاي كامپوزيتي جدارنازك Closed Loop

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : مکانیک

گرایش : سازه و بدنه خودرو

عنوان :  طراحي، ساخت و تست ديناميكي سازه‌هاي كامپوزيتي جدارنازك Closed Loop

دانشگاه صنعتي خواجه نصيرالدين طوسي

دانشكده مهندسي مکانيک

طراحي، ساخت و تست ديناميكي سازه‌هاي كامپوزيتي جدارنازك Closed Loop – درمحدوده بارگذاري ديناميكي

پايان‌نامه براي دريافت درجه کارشناسي ارشد

در رشته مهندسي مکانيک گرايش سازه و بدنه خودرو

استاد راهنما:

دکتر جمال زماني  

 دكتر رضا كاظمي

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

در اين پايان نامه مخازن کامپوزيتي از جنس الياف شيشه آغشته به رزين پلي‌استر با ابعاد مشخصي طراحي و در نهايت نمونه­اي از اين مخازن، ساخته و تحت تست ديناميکي قرار گرفته شد. هدف اين تحقيق بررسي كارايي پارچه‌ كامپوزيتي به جاي الياف كامپوزيتي مي‌باشد. در ابتدا رفتار مخازن كامپوزيت مورد بررسي قرار گرفت كه در نتيجه جنس لاينر، آلومينيوم 6063 انتخاب گرديد. اين نمونه‌ها در ابعاد هندسي مختلف با ضخامت يکسان با توجه به تحقيقات انجام‌شده، طراحي و ساخته شد.

پس از انجام تست ديناميکي بر روي لاينر و بدست آوردن فشار تركيدن ديناميكي اين مخازن، به تقويت آنها به کمک پارچه‌هاي بافته‌شده کامپوزيتي پرداخته شد و اثر پارچه‌هاي کامپوزيتي مختلف موردبررسي قرارگرفت. اين مخازن توسط  پارچه‌هاي کامپوزيتي سوزني (شبه‌ ايزوتروپيک)، ساتني  [0˚/90˚] و چندمحوره [45˚/-45˚] در تعداد لايه‌هاي مختلف تقويت‌گرديد و اثرات آن‌ها با يكديگر مقايسه‌شد.

در ادامه، به اثرات افزايش تعداد لايه‌ها بر روي تغييرات فشار تركيدن ديناميكي در حالت استفاده از يك نوع پارچه كامپوزيتي، پرداخته‌شد.

در اين پژوهش به بررسي اثرات پارچه‌هاي كامپوزيتي مختلف با تعداد لايه‌هاي يكسان پرداخته و ميزان افزايش فشار تركيدن ديناميكي اين مخازن نسبت به لاينر فلزي موردبررسي قرار گرفت. درحالتي‌كه از پارچه كامپوزيتي ساتني  [0˚/90˚]استفاده گرديد، 24 درصد و با استفاده از پارچه‌هاي چندمحوره [45˚/-45˚]، 33 درصد و کامپوزيتي سوزني، 46 درصد افزايش در فشار تركيدن ديناميكي مشاهده‌ مي‌شود.

در نهايت به بررسي اثر طول مخازن روي فشار تركيدن ديناميكي پرداخته شد. نتايج حاكي از آن است كه با توجه به قرار گرفتن هندسه اين مخازن در گروه استوانه‌هاي متوسط افزايش طول اثر چنداني روي فشار تركيدن ديناميكي ندارد. همچنين در اين طرح نتايج به دست آمده با نتايج محاسبات تئوري مقايسه گرديد كه مطابقت خوبي مشاهده‌شد.

واژه‌هاي كليدي: كامپوزيت ـ مخازن جدار نازك ـ تست ديناميکي ـ فشار تركيدن ديناميكي ـ الياف‌پيچي ـ فشار داخلي ـ  زاويه پيچش

فهرست مطالب

فصل 1: مفاهيم ‌و ‌پيشينه ‌تحقيق 1

1-1- تاريخچه 2

1-2- معرفي انواع مخازن CNG 3

1-2-1- مخازن نوع اول، مخزن تمام فلزي 4

1-2-2- مخازن نوع دوم، مخزن کمرپيچ 5

1-2-3- مخزن نوع سوم، مخزن تمام‌پيچ 6

1-2-4- مخزن نوع چهارم، مخزن تمام‌کامپوزيتي 7

1-3- مقايسه انواع مخازن: 8

1-4- مقايسه كيفي مخازن ذخيره گاز طبيعي: 9

1-5- تكنولوژي رشته‌پيچي 9

1-5-1- مراحل فرآيند 10

1-5-2- روش‌هاي اليافپيچي 10

1-5-3- مزاياي و معايب رشته‌پيچي 11

1-5-4- انواع ماشين هاي رشته پيچي 11

1-5-5- فرآيند توليد 12

1-5-6- الگوهاي پيچش 13

1-6- مخازن كامپوزيتي پيچيده‌شده با پارچه كامپوزيتي 15

1-6-1- پيچش پارچه‌هاي زاويه‌دار (Angle-ply) 15

1-7- مکانيک شکست مواد کامپوزيتي 16

1-8- رابطه تنش ـ کرنش براي لايه اي با جهت دلخواه 19

1-9- تخمين شکست 22

1-9-1- تخمين شکست در يک لايه تک جهته 23

1-9-2- تئوري شکست ساي ـ وو 24

1-9-3- معيار شکست اصلاح شده ساي وو 27

1-9-4- مقدمهاي از تحليل شکست تدريجي 27

1-9-5- چند تئوري پس شکست 28

فصل 2: مروري بر مقالات 31

2-1- مقدمه 32

2-2- مروري بر مقالات انجامشده 32

2-3- نتيجه‌گيري 42

فصل 3: دستگاه بارگذاري و نحوه ساخت مخازن 43

3-1- معرفي دستگاه تست ديناميکي 44

3-1-1- قابليت‌هاي دستگاه بارگذاري ديناميکي 44

3-1-2- اجزاي دستگاه بارگذاري ديناميکي 45

3-1-3- مدار هيدروليك دستگاه 47

3-1-4- ثبت نتايج ديناميکي 48

3-1-5- آزمايشات ديناميکي: 51

3-1-6- تعيين نوع مخازن 51

3-1-7- تئوريهاي شکست جونز 52

3-1-8- تئوري حد بالا 53

3-1-9- تئوري حد پايين 53

3-2- انتخاب ضخامت صفحات دو انتها 56

3-3- ضخامت قسمت استوانه‌اي 57

3-4- فشار تئوري ترکيدن 58

3-5- تعيين اجزاي سازنده استوانه كامپوزيتي 58

3-6- رزين‌ها 60

فصل 4: نتايج تجربي تست‌هاي ديناميكي 62

4-1- مقدمه 63

4-2- شماره‌گذاري اختصاري نمونه‌هاي آزمايشي 64

4-3- بررسي نتايج حاصل از نمونه‌ها 65

4-4- بررسي نتايج ديناميكي و اثر هندسه مخازن استوانه‌اي 67

4-5- بررسي اثرات پارامترهاي مختلف بر روي فشار تركيدن نمونه‌ها 70

4-6- نتايج تست ديناميكي و قياس آن با تحقيقات پيشين 75

فصل 5: نتيجه‌گيري و پيشنهادات 80

5-1- نتيجه‌گيري 81

5-2- پيشنهادات 83

مراجع 84

پيوست‌ها 89

  • تاريخچه

کشف اين واقعيت که بسياري از کشورها داراي منابع فراوان گاز طبيعي هستند و اين که آلودگي CNG  در مقايسه با سوخت‌هاي مايع بسيار کمتر مي‌باشد، باعث گسترش بيش از پيش خودروهاي گازسوز گرديد.  موتورهاي بنزيني که گازسوز مي شدند، توان کمتري نسبت به نمونه بنزيني داشتند، ولي با طراحي موتورهاي اختصاصي CNG  اين مشکل رفع شد.  امروزه به دلايل اقتصادي و زيست محيطي که در بالا بيان شد، صنعت خودروهاي CNG سوز بسيار گسترش يافته است[1]. 

صنعت خودرو، خواهان توليد مخازن سبک‌تر بود تا اثر آن را به روي عملکرد وسايل نقليه کم کند.  بدين ترتيب در اواخر دهه70 توليد و توسعه مخازن کم وزن آغاز گرديد و تاکنون در بسياري از کشورها اين مخازن مورد استفاده قرار گرفته مي‌شود.

 اولين مخازن کامپوزيتي در سال 1977 وارد بازار شدند.  اين سيلندرها از يک لاينر[1] فلزي که با الياف شيشه پيچيده شده بود و قبلاً کاربردهاي فضايي داشت، ساخته شده بودند. در سال 1982 مخازن با لاينر آلومينيومي با پيچش محيطي الياف شيشه در صنعت  CNGمورد استفاده قرار گرفت.

 اين روند سبک‌سازي مخازن تا سال 1985 و با ارائه مخازن لاينر فولادي و الياف شيشه ادامه داشت. گاز CNG براي استفاده در خودروها مي بايست در فشار 200 بار يا 20 مگاپاسکال نگهداري شود که اين امر اهميت فراوان مخازن تحت فشار نگهدارنده گاز و همچنين استانداردهاي موجود در اين زمينه را نشان مي‌دهد[2].

در اواخر دهه 80 طرح‌هاي کاملاً پيچيده شده با لاينرهاي فلزي و پلاستيکي در سوئد، روسيه و فرانسه توليد شد. در آمريکا پس از توسعه استانداردها، توليد طرح‌هاي کامل رشته‌پيچي شده با لاينرهاي نازك آلومينيومي و يا پلاستيکي با پوشش الياف شيشه و يا الياف کربن در سال 1992 آغاز شد[3].

به منظور کاهش هرچه بيشتر وزن مخازن CNG طرح‌هاي کامپوزيتي کاملاً پيچيده با لاينرهاي  فلزي يا پلاستيکي ارائه گرديد. در اين طرح‌ها الياف به طور کامل به دور مخزن پيچيده شده بودند. وظيفه اصلي تحمل بار ناشي از فشار بر عهده الياف‌پيچيده شده بود. بدين­سان لاينرها داراي ضخامت کمي بودند. ساخت لاينر فلزي مخازن به شکل مستطيلي(جعبه اي)، عايق کاري آن را مشکل مي کند و همچنين از استحکام کمتري به علت جوشکاري در درزها برخوردار مي‌باشد. در مخازن استوانه‌اي در دو سر انتهايي، دو نيم کره عدسي شکل به روش‌هاي خاص شکل‌دهي ايجاد مي‌گردند که نياز به جوشکاري را از ميان بر مي‌دارد. البته بخش عمده‌اي از هزينه ساخت مخازن استوانه‌اي را هزينه همين قسمت‌هاي نيمکره‌اي تشکيل مي‌دهد.

  • معرفي انواع مخازن CNG

 به طورکلي مخازن  CNG به شکل استوانه‌هاي يک پارچه و بدون درز مي‌باشند که ابتدا و انتهاي آن‌ها با قسمت‌هاي بيضوي شکل که دم[2] نام دارند، بسته مي‌شود. طبق استاندارد ISO 11439  مخازن  CNGبه چهار دسته تقسيم مي‌شوند که عبارتند از : [2]

  1. مخازن کاملاً فلزي[3]
  2. مخازن با لاينر فلزي و الياف کامپوزيتي رشته‌پيچي شده به دور قسمت استوانه‌اي[4]
  3. مخازن با لاينر فلزي و الياف کامپوزيتي رشته‌پيچي شده به دور کل مخزن[5]
  4. مخازن کاملاً کامپوزيتي با لاينر پلاستيکي[6]

 مخازن نوع اول، مخزن تمام فلزي

اين مخازن بدون درز و از جنس فولاد يا آلومينيوم مي‌باشند. گرچه نوع آلياژ مورداستفاده و همچنين تنش‌هاي طراحي اين گونه مخازن در استاندارد مشخص نگرديده است وليكن اين گونه مخازن فولادي يا آلومينيومي بايد آزمون‌هاي كارايي را بگذرانند. آزمون‌ها به دليل اطمينان از چقرمگي و مقاومت در برابر تنش، خوردگي و ترك در جنس به كار رفته، صورت مي‌گيرند. همچنين آزمون‌هاي سختي و فشار هيدرواستاتيك جهت اطمينان از استحكام مخزن نيز انجام مي‌گيرند.

توليد اين مخازن با استفاده از روش اسپينينگ[7] يا کشش عميق[8]  مي‌باشد.  وزن اين مخازن نسبت به ديگر نمونه‌ها بيشتر مي‌باشد. در اين نوع مخازن، نسبت جرم به حجم آن‌ها بين 2/1 تا 5/1 کيلوگرم بر ليتر مي‌باشد[3]. نمونه‌هايي از مخازن CNG نوع اول در شکل (1-1) نشان داده شده‌است.

  • مخزن نوع اول [1]

اين مخازن از فولاد كروم – موليبدن يا فولاد كربن – منگنز ساخته مي‌شوند و طبق استانداردهاي موجود اين مخازن بايد در فرآيندي بدون استفاده از جوش و به صورت بدون درز ساخته شوند. لذا اين كپسول‌ها براي تحمل فشار كاري200 بار بايد توان تحمل فشار تا 450 بار را داشته باشند. فشار تركيدن در حداقل بايد450 بار باشد و به همين دليل ضخامت بدنه اين مخازن بالاست. در شكل (1-2) يك مخزن نوع اول نمايش داده شده‌است.

  • مخزن نوع اول
  • مخازن نوع دوم، مخزن کمرپيچ

اين نوع مخازن داراي يک لايه‌داخلي از جنس فولاد يا آلومينيوم بدون درز است و قسمت استوانه‌اي اين لايه‌داخلي، توسط الياف شيشه، آراميد، کربن يا مخلوطي از آن‌ها که آغشته به رزين است به صورت محيطي پيچيده شده‌است (شكل (1-3)) [2].  ساختار كامپوزيتي اين مخازن، اين امكان را به وجود مي‌آورد كه بتوان از ضخامت قسمت فلزي كاست و درنتيجه مخزن سبك‌تري بدست آورد. اين مخازن در جهت شعاعي به جز دو قسمت ابتدايي و انتهايي تقويت شده‌اند.

بنا به محاسبات مكانيكي دو انتهاي مخزن به علت شكل كروي آن‌ها تحمل تنش بيشتري را نسبت به قسمت استوانه‌اي مخازن دارند ولي در فرآيند توليد در حال حاضر نمي‌توان ضخامت كمتري را در آن ايجاد كرد. به اين ترتيب محاسبات طراحي بر اساس قسمت نازك‌تر مخازن انجام مي‌شود. در مخازن نوع دوم از ضخامت كمتري براي ساخت مخزن استفاده‌شده و قسمت استوانه‌اي آن براي رسيدن به سطح تحمل تنش و فشار موردنظر با مواد كامپوزيت كه بسيار سبك‌تر از فولادند تقويت شده و به اين ترتيب مخازن سبك‌تري توليد مي‌شود. در اين نوع مخازن، نسبت جرم به حجم آن‌ها بين 7/0 تا 4/1 کيلوگرم بر ليتر مي‌باشد[3]. 

مبناي طراحي اين نوع مخازن بر توانايي آستر فولادي يا آلومينيومي در تحمل فشار بالا مي‌باشد. در اين مورد اين نوع مخازن  CNGاين نكته شايان توجه است كه فشار اضافي و دماي بالاتر باعث ازبين رفتن كيفيت پوشش كامپوزيت نخواهدشد. اين نوع مخازن از الياف‌پيچي پيوسته[9] ساخته مي‌شوند كه براي ساخت آن‌ها از آسترهاي فولادي يا آلومينيومي استفاده مي‌گردد و به آن‌ها مخازن پيچش محيطي[10] گفته مي‌شود. اين مخازن از  سال 1980 ميلادي ساخته مي‌شوند و مبناي طراحي آن‌ها توانايي آسترهاي فولادي در تحمل بيشينة فشار پرشدن مخزن مي‌باشد. اين امر به طراحان اجازة استفاده از آسترهايي با تحمل تنش بيشتر از حد معمول را مي‌دهد.

تعداد صفحه : 113

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.

--  --