مکانیک مواد پیشرفته و هوشمند
سال:1403 | دوره:4 | شماره:1 |تعداد مقالات:8

در این تحقیق، ارتعاشات آزاد تیر ساندویچی با ضخامت متغیر مورد بررسی قرار می گیرد. هسته از جنس فوم آلومینیومی متخلخل می باشد که توسط دو رویه کامپوزیتی که به کمک نانوله های کربنی تقویت شده، در برگرفته شده است. جهت استخراج معادلات حرکت، ابتدا معادلات ساختاری هسته و رویه ها نوشته می شود. سپس انرژی جنبشی و کرنشی تیر بیان می گردد. سپس به کمک اعمال اصل همیلتون، معادلات حرکت تیر که از نوع معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزئی است، و همچنین معادلات شرایط مرزی استخراج می گردد. در ادامه به کمک روش تفاضل مربعات، معادلات حرکت و شرایط مرزی به شکل معادلات جبری گسسته سازی می گردد و در شکل معادله مقدار ویژه استاندارد بازنویسی می گردد. با حل مسئله مقدار ویژه، فرکانس طبیعی سیستم استخراج و جهت صحه سنجی مدل سازی و روش حل مسئله، نتایج حاضر با نتایج موجود در ادبیات تحقیق مقایسه می گردد. در انتها، اثر پارامترهایی از قبیل چگونگی توزیع تخلخل، ضریب تخلخل، ضخامت هسته و طول تیر بر فرکانس طبیعی بررسی می گردد.

در این مطالعه، یک راه حل تحلیلی برای بررسی رفتار مکانیکی یک استوانه هایپرالاستیک با جنس تابعی و تراکم ناپذیر که تحت کشش و پیچش همزمان قرار دارد، ارائه شده است. روش چگالی انرژی کرنش نمایی-نمایی که اخیراً ارائه شده برای پیش بینی رفتار ماده هایپرالاستیک استفاده می شود و فرض می شود پارامترهای مواد مرتبط با آن در امتداد جهت شعاعی به صورت نمایی تغییر می کنند. تحلیل المان محدود با تهیه یک زیربرنامه UHYPER در ABAQUS برای اعتبارسنجی راه حل تحلیلی پیشنهادی انجام می شود. نتایج المان محدود و نتایج حل تحلیلی برای کشش و پیچش های مختلف مطابقت خوبی دارند و نشان می دهند که شکل توزیع تنش و حداکثر تنش به توان نمایی در تابع تغییرات مواد بستگی دارد. بر خلاف کشش محوری، تأثیر پیچش بر توزیع تنش طولی پیچیده تر است و برای پیچش های بزرگ، دو اکسترمم در نمودار توزیع تنش مشاهده می شود که در پیچش های بیشتر به سمت مرکز و سطح بیرونی استوانه حرکت می کند. علاوه بر این، تنش طولی تغییرات فون میزز و چگالی انرژی کرنش را در سراسر جهت شعاعی کنترل می کند. علاوه بر این، با در نظر گرفتن کشش محوری، نقطه ای مشخص می شود که نیروی محوری ناشی از پیچش برای کشش های زیر این مقدار فشاری است و باعث می شود که سیلندر تحت پیچش افزایش طول یابد؛ اما این قسمت از کل نیروی محوری از حالت کششی به حالت فشاری تغییر می کند. در واقع با افزایش پیچش، استوانه ابتدا کوتاه شده و سپس در پیچش بیشتر کشیده می شود.

در پژوهش حاضر، فرکانس های طبیعی ورق مستطیلی ساخته شده از مواد مدرج تابعی چند جهته روی بستر الاستیک مورد بررسی قرار گرفته است. تغییرات تدریجی خواص مکانیکی ماده در ورق مورد بررسی، در هر سه جهت مختصاتی امکان پذیر است. روابط مربوطه بر طبق تئوری الاستیسیته سه بعدی نگارش شده و با استفاده از روش تعمیم یافته مربعات دیفرانسیلی گسسته سازی شده است. با مقایسه نتایج برای چند مثال موجود در مقالات منتشر شده، صحت سنجی روش و حل انجام شده مورد بررسی قرار گرفته که نشان دهنده دقت بالای شیوه مورد استفاده است. در ادامه، اثر تغییرات خواص مکانیکی ماده در هر یک از جهات مختصاتی و یا ترکیبی از جهات مختلف برای چند نمونه مورد توجه قرار گرفته و نتایج با هم مقایسه شده اند. همچنین اثر تغییرات ضخامت ورق، تغییر نسبت ابعاد ورق و نیز تاثیر پارامترهای بستر الاستیک برای چند شرط مرزی مختلف مطالعه شده و در قالب نمودارهایی گزارش شده است. نتایج نشان می دهد جهت تغییر خواص ماده نیز می تواند تاثیر قابل توجهی بر فرکانس طبیعی ورق داشته باشد.

بهینه سازی شافت کامپوزیتی تحت گشتاور پیچشی در پژوهش های پیشین، با فرض ثابت بودن گشتاور و با هدف کمینه کردن جرم انجام شده است. در پژوهش حاضر، علاوه بر لحاظ کردن جرم، اجازه تغییر میزان گشتاور اعمالی تا پیش از خرابی در اولین لایه نیز داده شده تا بتوان در عین وزن پایین، از ظرفیت باربری کامپوزیت بهره بیشتری برد. از همین رو، تابع هدف به صورت بیشینه کردن نسبت "گشتاور به جرم T/m" در نظر گرفته شد. برای انجام بهینه سازی از دو الگوریتم ژنتیک و ازدحام ذرات استفاده شد. پارامترهای ورودی مسئله شامل تعداد لایه، ضخامت و زاویه هر لایه و گشتاور اعمالی بوده و قیدِ تعریف شده، عدم وقوع خرابی در لایه های کامپوزیتی (با احتساب معیار خرابی سای – وو در نرم افزار اجزای محدود آباکوس) بود. همچنین مسئله فوق برای مقایسه اثر نوع تابع هدف، با در نظر گرفتن جرم کمینه بعنوان تابع هدف با دو الگوریتم فوق بررسی شد. نتایج نشان از آن دارد که الگوریتم ژنتیک، برخلاف الگوریتم ازدحام ذرات، همگرایی مناسبی را داشته است. همچنین استفاده از شافت کامپوزیتی (فارغ از نوع تابع هدف) تا بیش از 80% باعث کاهش جرم در مقایسه با شافت فولادی شده است. ضمناً گرچه شافت کامپوزیتیِ پیشنهادی توسط تابع هدف T/m بیشینه، جرم بیشتری نسبت به شافت پیشنهادی با تابع هدف جرم کمینه دارد، ولی توانسته گشتاوری 8.5 برابری را تحمل کند؛ بدین معنی که با افزایش وزن نسبی در حد منطقی، ظرفیت بارپذیری شافت تا 8.5 برابر افزایش یافته است.

نانومنیپولیشن و جابه جایی میکرو/نانو ذرات، امروزه کاربردهای گسترده ای در علوم مختلف پیداکرده است. یکی از ابزارهای اساسی جهت انجام فرآیند نانومنیپولیشن، میکروسکوپ نیروی اتمی می باشد. امروزه میکروسکوپ نیروی اتمی کاربردهای مختلفی ازجمله تصویربرداری سطوح، منیپولیشن و جابه جایی ذرات، استخراج خواص مواد و بافت ها پیداکرده است. منیپولیشن نانو ذرات معمولاً شامل دو فاز می گردد. فاز نخست تا پیش از آغاز به حرکت ذره و استخراج نیروی بحرانی و زمان بحرانی را در برمی گیرد. فاز دوم نیز شامل بررسی ذرات در حین حرکت در خلال نانومنیپولیشن و جابه جایی می باشد. با توجه به این که در ابعاد میکرو/نانو، نیروهای سطحی نسبت به نیروهای حجمی اثر بیشتری دارند، لذا انتخاب مدل تماسی مناسب در مدل سازی و شبیه سازی فرآیند نانومنیپولیشن، بسیار حائز اهمیت می باشد. پارامترهای مختلفی بر مدل های تماسی در مقیاس میکرو/نانو اثرگذار می باشند. در این پژوهش به بررسی تأثیر پارامترهای مختلف بر مدل های تماسی هرتز، جیکیآر و دی ام تی پرداخته شده است. بدین منظور جهت بررسی تأثیر پارامترهای ورودی مختلف، از روش آماری آنالیز حساسیت تحت عنوان ای-فست که یکی از روش های سریع می باشد، استفاده شده است. پارامترهای ورودی موردبررسی در این پژوهش، شامل شعاع سوزن، حجم ذره، مدول الاسیسته سوزن، مدول الاسیسته ذره ، ضریب پواسون سوزن و ضریب پواسون ذره همچنین عمق نفوذ و نیرو به عنوان پارامترهای خروجی تبیین می گردد. نتایج به دست آمده بیانگر تأثیرگذاری زیاد حجم ذرات هدف و شعاع سوزن در نیرو و عمق نفوذ در مدل های تماسی می باشد.

فلوفرمینگ لوله یکی از اقتصادی ترین روش های تولیدی برای لوله های استوانه ای ساده با برآمدگی های خارجی و داخلی همراه یا بدون فلنج می باشد. دقت ابعادی لوله های تولید شده با این روش، بسیار بالاتر از سایر روش ها بوده و کاربرد فراوانی در صنایع هوافضا دارد. در این تحقیق، فرایند فلوفرمینگ سه غلتکه فولاد استحکام بالا به صورت تحلیل اجزای محدود بررسی شده است و با نتایج تجربی مقایسه شده است. فرایند شکل دهی برای سرعت های متفاوت چرخش ماندرل و سرعت های مختلف پیشروی بررسی گردید و اثرات هر پارامتر بر روی کیفیت سطح (زبری سطح) و کیفیت ابعادی و هندسی محصول تولیدی (رشد قطری و عدم گردی) مطالعه گردید. نتایج نشان داد که با افزایش نرخ پیشروی، زبری سطح محصول نهایی افزایش می یابد. افزایش نرخ پیشروی همچنین منجر به کاهش عدم گردی و در نتیجه بهبود کیفیت هندسی قطعه نهایی می شود. افزایش سرعت دوران ماندریل منجر به کاهش زبری سطح می شود. همچنین افزایش سرعت دوران منجر به افزایش عدم گردی محصول می شود.

یکی از مهم ترین، حساس ترین و پر کاربرد ترین فرآیند های ماشین کاری در حوزه جراحی ها و مهندسی پزشکی، فرآیند سوراخکاری استخوان می باشد. سوراخکاری استخوان کاربرد عمده ای در جراحی های ارتوپدی، درمان شکستگی ها و نمونه برداری های استخوانی و همچنین دندان پزشکی دارد. مهم ترین عارضه ای که ممکن است در عمل جراحی براده برداری از استخوان ایجاد شود، بالا رفتن دما از محدوده مجاز و ایجاد نکروز حرارتی در بافت استخوان می باشد. بطور کلی اگر دمای فرآیند سوراخکاری اسخوان بیشتر از C°47 شود، نکروز حرارتی اتفاق می افتد. در صورت وقوع نکروز حرارتی، تثبیت استخوان به خوبی انجام نمی گیرد. در سال های اخیر محققان به دلیل عدم استفاده از روش های بهینه سازی کارآمد و نیز عدم در نظرگرفتن تمامی پارامترهای موثر بر فرآیند سوراخکاری استخوان به نتایج قابل قبولی در این زمینه دست نیافتند. همچنین دستیابی به بهترین پارامترهای موثر جهت جلوگیری از بروز نکروز حرارتی نیز میسر نگردید. لذا در این مقاله، جهت جلوگیری از این موضوع، ضمن طراحی دقیق آزمایش ها، یک روش نسبتا دقیق به عنوان راهکاری جهت کنترل دما و نیروی محوری به منظور بهینه سازی پارامترهای موثر بر فرآیند سوراخکاری استخوان و بهبود فرآیند سوراخکاری استخوان ارائه شده است که در این مقاله، از روش بهینه سازی تاگوچی بدین منظور استفاده شده است و این روش درمقایسه با سایر روش های بهینه سازی، درمدت زمان کوتاه تری فرآیند بهینه-سازی را با دقت بسیار بالایی انجام می دهد.

سازه های جدار نازک به خاطر سبکی، ظرفیت جذب انرژی مناسب و نسبت جذب انرژی به وزن بالا به عنوان یکی از کارآمدترین سیستم های جذب انرژی در صنایع مختلف از جمله خودرو سازی، ریلی و نظامی به منظور حفاظت از جان سرنشینان و همچنین عابران پیاده در هنگام تصادفات و یا حفاظت از وسائل و دستگاه ها، به حساب می آیند. هدف از این پژوهش، بررسی نحوه پاسخ سازه های چهارگوش جدارنازک چند سلولی که از جنس پلیمر ABS هستند و توسط پرینتر سه بعدی ساخته شده اند، نسبت به ضربه جانبی می باشد. نخست به ارائه نمونه های مختلف در دسته بندی های جداگانه پرداخته شده است. سپس با توجه به چند سلولی بودن نمونه ها، در شبیه سازی ها به بررسی تاثیر پارامترهایی مانند شکل خانه ها، تعداد خانه ها، ضخامت دیواره ها و ... پرداخته شده و بهترین نمونه ها برای انجام تست تجربی ساخته شده اند. در ادامه به منظور صحت سنجی نمونه ها، پس از ساخت آن ها توسط پرینتر سه بعدی، توسط دستگاه تست سقوط وزنه تحت ضربه جانبی قرار گرفته و نتایج بدست آمده با نتایج شبیه سازی مورد مقایسه و بررسی قرار گرفته اند. پس از استخراج نتایج، مشاهده شده است که میزان جذب انرژی، میانگین نیروی لهیدگی و بازده نیروی لهیدگی برای نمونه 1HR16 در بهترین حالت ممکن است. همچنین با افزایش تعداد خانه های هر نمونه نیز همه ی پارامتر های جذب انرژی بهبود می یابند. در حالت کلی نیز نمونه های خانه مستطیلی دارای مقاومت بهتری در برابر ضربه می باشند.