مکانیک هوا فضا
سال:1391 | دوره:8 | شماره:1 (پیاپی 27) |تعداد مقالات:11

در این پژوهش به توسعه یک فرمول بندی المان محدود کلی بر اساس روش اصلاح یافته بهینه سازی لاگرانژ الحاقی برای تحلیل رفتار شبه استاتیکی تماس اصطکاکی در فروروی نانو پرداخته شده و بر اساس شرایط سینماتیکی هندسی اجزا در حال تماس، از رهیافت لاگرانژ الحاقی بهبود یافته استفاده شده است. این نوع فرآیند جدید حل بر دشواری های تعیین دو عامل پنالتی و تعداد گام های بار نموی که در روش های مرسوم باید توسط کاربر تعیین شوند، غلبه نموده است. برای برطرف نمودن دشواری های عددی فرمول بندی های تساوی، از قانون اصطکاک غیرکلاسیک جدیدی استفاده شده که در آن شرایط چسبندگی و لغزشی قانون کلاسیک به یک قانون اصطکاکی الاستیک بهبودیافته تبدیل شده است. در پایان، این فرمول بندی به یک الگوی کامل برای حل مسائل کلی تماس اصطکاکی منتهی شده و برای بررسی درستی نتایج به بررسی فرآیند فروروی یک فرورونده صلب در یک لایه الاستیک پرداخته شده است. الگوریتم استفاده شده در مثال کاربردی بیان شده برای شرایط اصطکاکی چسبندگی و لغزشی به خوبی همگرا گردید و همگرایی حل با گام گذاری بار خودکار و پیش گویی بار تماس مورد تحلیل قرار گرفت.

در این تحقیق رفتار پلاستیک مواد پلی کریستال و آلیاژهای دو فازی با استفاده از مدل کریستال پلاستیسیته به روش های عددی و تجربی بررسی شده است. تئوری کریستال پلاستیسیته دیدگاه جامع تری از رفتار تغییرشکل پلاستیک فلزات نسبت به تئوری پلاستیسیته متعارف ارائه می دهد. در ابتدا، فرمول بندی الاستیک-پلاستیک مواد تک کریستال بر اساس مدل کریستال پلاستیسیته همراه با الگوی حل ارائه شده است. در این الگو، مراحل به هنگام نمودن تنش ها و متغیرهای حالت وابسته در مدل کریستال پلاستیسیته معرفی شده است. برای به کارگیری این الگو جهت شبیه سازی رفتار مواد تک کریستال و پلی کریستال، فرمول بندی معرفی شده در یک برنامه اجزای محدود پیاده سازی شده است. با استفاده از روش سلول واحد، یک شبکه پلی کریستال تک فازی به صورت توده ای از گره های تک کریستالی با جهت گیری های متنوع، ایجاد شده و این شبکه به کمک الگوی ارائه شده برای مواد تک کریستال، مورد تحلیل قرار گرفته و در ادامه یک ماده پلی کریستال دوفازی با پخش تصادفی گره های فازی در سرتاسر توده پلی کریستال نیز شبیه سازی شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج دیگر محققین مورد صحت سنجی قرار گرفته است.

توربین های گاز کاربرد فراوانی در صنایع نیروگاهی و هوافضائی دارند. امروزه، بر مبنای جوشکاری دوجنسی، روش های اقتصادی برای تعمیر پره های این نوع توربین ها ابداع شده است. در این مقاله، روشی برای تعیین عمر خزشی یک قطعه تعمیر شده از دو جنس مختلف بر مبنای تحلیل اجزا محدود گذرا ارائه شده است. بدین منظور، یک طرح ساده دو بعدی تحت نیروی گریز از مرکز پیشنهاد شده است. جنس ماده پایه و پرکننده به ترتیب سوپرآلیاژهای GH 4049 و Inconel 718 در نظر گرفته شده اند. با توجه به وابستگی تنش ها به زمان، عمر پره با استفاده از قانون کسری جمع آثار آسیب، به کمک برنامه نویسی در نرم افزار انسیس تعیین شده است. جهت اطمینان، آزمایشی طرح ریزی شده که معرف نحوه خزش المان های بحرانی در مجاورت هم می باشد. در این آزمایش، از سرب به عنوان جنس نرم تر و از قلع 70%-سرب 30% به عنوان جنس سخت تر استفاده شده و نتایج آزمایش با نتایج تحلیل عددی مقایسه شده است. بین نتایج شبیه سازی عددی و آزمایش های تجربی برابری بسیار خوبی مشاهده می شود. نقطه گسیختگی به درستی پیش بینی شده و خطای پیش بینی عمر آن با مقدار حاصل از آزمایش فقط 6 درصد اختلاف دارد. نتایج نشان می دهد که تفاوت بین خواص خزشی دو جنس پایه و پرکننده در مکان و شکل فرضی نزدیک ریشه پره موجب کاهش عمری معادل 90% عمر مبنا خواهد شد.

در این مقاله با استفاده از تئوری انتشار امواج تنش پلاستیک، برخورد پرتابه استوانه ای به سطح صلب در آزمایش ضربه تیلور تحلیل شده است. در این روش تحلیلی از طرح رفتار ماده جانسون کوک، معادله حالت می گرونایزن، رابطه کرنش دینامیکی شکست جانسون کوک و معادلات سینماتیکی حرکت استفاده شده است. هم چنین، معادلات بقا جرم، انرژی و اندازه حرکت در پیشانی موج تنش پلاستیک استخراج شده است. با استفاده از برنامه رایانه ای تهیه شده، معادلات استخراج شده حل و تنش، کرنش، نرخ کرنش، سرعت، طول و شعاع نواحی صلب و تغییرشکل یافته پرتابه محاسبه شده است. نتایج طرح تحلیلی با نتایج شبیه سازی المان محدود انجام شده با نرم افزار آباکوس و نتایج تجربی موجود مقایسه شده و ملاحظه شد که طول و شعاع قسمت تغییرشکل یافته پرتابه و سرعت قسمت صلب پرتابه، هم خوانی مناسبی با نتایج تجربی و نتایج شبیه سازی با نرم افزار آباکوس دارد. در پایان، تنش محوری حاصل در پرتابه به صورت تابعی از ابعاد هندسی و ضرایب خواص ماده پرتابه استخراج شده است. با استفاده از روش پیشنهاد شده در این مقاله، تنش فشاری پرتابه در کرنش های پلاستیک مختلف و به صورت تابعی از نرخ کرنش محاسبه شده است.

در تحقیق حاضر کمانش پانل ساندویچی مستطیلی با دو رویه چند لایه کامپوزیتی و هسته میانی از جنس مواد هدفمند متقارن در محدوده الاستیک خطی تحلیل و بررسی شده است. بارگذاری تک محوره فشاری روی لبه های رویه های بالا و پایین در دو سوی پانل به صورت هم زمان و یکنواخت اعمال شده است. با استفاده از قضایای روش های تغییراتی و اصل همیلتون، اکسترمم انرژی کل ذخیره شده در سازه که همان معادلات تعادل پانل است، استخراج گردیده است. در فرمول بندی ریاضی از تئوری جدید بهبود یافته مرتبه بالای پانل ساندویچی استفاده شده است. تئوری به کار رفته در رویه ها، تئوری برشی مرتبه اول است. جابه جایی های هسته در جهات مختلف با چند جمله ای هایی با ضرایب نامشخص طراحی و فرض شده است که هسته قابلیت تحمل تنش های برشی و نرمال صفحه ای را دارد. از اثرات دما و رطوبت چشم پوشی و هسته هدفمند به صورت متقارن طراحی شده است. در پایان، اثرات تغییر نسبت طول به عرض پانل، ضخامت کل به طول و یا عرض، نسبت مدول الاستیسیته ماده طرفین هسته به مرکز آن و نوع تابع توزیع خواص ماده هدفمند با انواع توان های توزیع بر بار بحرانی کمانش مورد مطالعه قرار گرفته اند. نتایج عددی نشان می دهند که در هسته های ضخیم هدفمند نمی توان از اثرات تنش های صفحه ای روی بار بحرانی کمانش صرف نظر کرد. هم چنین نوع تابع توزیع خواص و عدد توان توزیع در نظر گرفته شده در هسته هدفمند تاثیرات قابل ملاحظه ای روی بار بحرانی کمانشی پانل دارد.

در تحقیق حاضر اثر کاربرد هسته هدفمند بر کاهش پدیده تورق در محل اتصال رویه ها به هسته میانی در ورق های ساندویچی کامپوزیتی در بارگذاری عرضی یکنواخت مورد بررسی قرار گرفته است. برای استخراج معادلات تعادل، از روش تغییراتی و اصل همیلتون استفاده شده و شرایط مرزی بر روی همه لبه ها به صورت ساده در نظر گرفته شده است. تئوری به کار رفته در رویه ها، تئوری برشی مرتبه اول است. جابه جایی های هسته در جهات مختلف با چندجمله ای هایی با ضرایب نامشخص طراحی شده اند. فرض شده که هسته قابلیت تحمل تنش های برشی و نرمال صفحه ای را دارد و اثرات آن ها در استخراج سامانه معادلات پانل در نظر گرفته شده است. خواص مواد هدفمند نیز با استفاده از تابع توانی در راستای ضخامت هسته طراحی شده است. هم چنین، اثر هدفمند بودن هسته میانی بر میزان جابه جایی های هسته ورق ساندویچی در هر سه راستا، مورد بررسی قرار گرفته است. برای بررسی درستی نتایج، برنامه ای نیز در محیط APDL نرم افزار انسیس نوشته شد. تطابق قابل قبول نتایج حل تحلیلی و عددی نشان دهنده درستی محاسبات انجام شده است.

دیافراگم های پاره شونده به عنوان شیر سریع العمل در پرتابگرهای گازی برای مطالعه مسائل برخورد و نفوذ و در تونل شاک برای مطالعه اثرات موج انفجار روی هدف مورد نظر به طور گسترده استفاده می شوند. در طراحی این نوع دیافراگم ها، تخمین فشار پارگی از مشخصات مادی و هندسی، یک عامل مهم و اساسی است. در این مقاله، با هدف طراحی دیافراگم های آلومینیمی مورد نظر در پرتابگر گازی موجود، ابتدا تئوری حاکم بر ناپایداری در دیافراگم های بدون شیار و شیاردار بررسی شده و فرآیند پارگی دیافراگم به کمک نرم افزارهای ANSYS و LS-DYNA شبیه سازی شده است. به علاوه، سامانه ای برای آزمایش دیافراگم های با عمق شیار 0.3 تا 1.7 میلی متر ساخته شده و با انجام آزمایش های تجربی و اندازه گیری فشار پارگی، رابطه تجربی فشار پارگی بر حسب عمق شیار دیافراگم به دست آمده است. در پایان، برای دیافراگم های شیاردار رابطه ای تحلیلی-تجربی ارائه شده که می تواند فشار پارگی را برحسب مقادیر مقاومت نهایی، قطر دیافراگم و ضخامت شیار با تقریب مناسبی تخمین بزند.

ضربه گیرها و جاذب های انرژی از جمله اجزایی هستند که در برخی سامانه ها برای جذب انرژی جنبشی و تبدیل آن به صورت دیگری از انرژی استفاده می شوند. هدف از تحقیق حاضر مطالعه آزمایشگاهی و شبیه سازی فروریزش سازه های جدار نازک استوانه ای با درپوش کروی (سازه های جدار نازک ترکیبی) تحت اثر بارگذاری شبه استاتیک محوری و بررسی عوامل موثر بر نحوه فروریزش است. در مطالعه آزمایشگاهی نمونه های استوانه ای با درپوش کروی آلومینیمی به روش چرخ کاری ساخته شده و بین دو صفحه صلب تحت اثر بارگذاری شبه استاتیک قرار گرفته و سپس نحوه فروریزش نمونه، تغییرات نیرو و مقدار انرژی لازم تعیین شده اند. مدلی برای شبیه سازی فرآیند فروریزش با استفاده از تحلیل اجزای محدود ارائه و اثر رفتار غیرخطی مواد، تماس و تغییر شکل بزرگ در این شبیه سازی در نظر گرفته شده است. مقایسه نتایج آزمایشگاهی و شبیه سازی نشان می دهد که مدل ارائه شده برای تعیین پاسخ فروریزش و تعیین نمودار نیرو- جابه جایی و میزان انرژی جذب شده مناسب است. با استفاده از مدل عددی، اثر پارامترهای مختلف نظیر زاویه نیم راس، ارتفاع بخش استوانه ای و ارتفاع بخش کروی بر متوسط نیروی فروریزش، میزان انرژی جذب شده و نحوه فروریزش پوسته های استوانه ای با درپوش کروی بررسی شده است. به عنوان مثال، نتایج این مطالعه در صنایع هوافضا می تواند برای بازیابی راکت کاوش بر پایه سازه های ترکیبی استفاده شود.