دانشگاه شیراز
دانشکده مهندسی مکانیک
پایان‌نامه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی مکانیک (طراحی کاربردی)
بررسی تنش‌های سه بعدی بین‌لایه‌ای دراتصالات مکانیکی در مواد مرکب لایه‌ای
استاد راهنما
دکتر محمدحسن کدیور
چکیده
هدف از انجام این پایان‌نامه بررسی تنش‌های بین لایه‌ای به صورت سه‌بعدی در اتصالات مکانیکی در مواد مرکب لایه‌ای 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
فصل 1- مقدمه..………………. ع
1-1- مروری بر کارهای گذشته. 2
1-2- هدف از انجام تحقیق، ضرورت و کاربردها 6
1-3- نحوه‌ی انجام کار 7
فصل 2- تئوری مواد مرکب و اتصالات مکانیکی.. 9
2-1- مقدمه. 10
2-2- روابط حاکم بر مواد مرکب.. 11
2-3- انواع لایه‌ها ولایه‌گذاریها 15
2-4- – محاسبه تنش با توجه به بار وارده بر چندلایه. 16
2-5- محاسبه ضریب اصطکاک سه بعدی در سطوح تماس 17
2-6- اتصالات در مواد مرکب.. 24
2-6-1- اتصالات چسبی.. 24
2-6-2- اتصالات مکانیکی.. 26
فصل 3- راست‌آزمایی.. 27
3-1- توصیف مسئله. 28
3-2- فرمول‌بندی مسئله. 29
3-2-1- مدل المان محدود سه بعدی.. 32
3-2-1- نتایج. 32
فصل 4- نتایج تنش‌های بین لایه‌ای در لایه‌گذاری متفاوت 33
4-1- مقدمه. 34
4-2- تعریف مسئله. 34
4-3- تحلیل مسئله به صورت سه‌بعدی.. 36
4-3-1- مدل المان محدود سه بعدی.. 36
4-4- بررسی نتایج میدان تنش در لایه‌گذاری‌های متفاوت 39
4-4-1- میدان تنش در لایه‌گذاری شبه‌ایزوتروپیک ………………… 40
4-4-2- میدان تنش در لایه‌گذاری عرضی …………….. 48
4-4-3- میدان تنش در لایه‌گذاری زاویه‌ای ……………………. 57
4-5- بررسی اثر اصطکاک بین پیچ و ورق. 63
4-5-1- میدان تنش در لایه‌گذاری عرضی ……………… 63
4-5-2- میدان تنش در لایه‌گذاری زاویه‌ای ……………………. 69
فصل 5- جدایش در ورق. 74
5-1- مقدمه. 76
5-2- تحلیل مسئله. 76
5-3- نتایج جدایش در لایه‌گذاری عرضی …………….. 77
5-4- نتایج جدایش در لایه‌گذاری زاویه‌ای ……………………. 84
فصل 6- بررسی فشار تماسی و جابجایی شعاعی در اتصالات 84
6-1- مقدمه. 87
6-1- بررسی سطح تماس در لایه‌گذاری عرضی و زاویه‌ای 87
6-3- اثر اصطکاک در فشار تماسی و جابجایی شعاعی.. 90
فصل 7- نتیجه‌گیری.. 96
مراجع:. 103
مقدمه
بیشتر ماشینها و دستگاهها از اعضاء متعددی تشکیل شده‌‌اند که با اتصالات مختلف به یکدیگر مرتبط می‌‌شوند. قابلیت ساخت و سرویس آسانتر قطعات از دلایل اصلی ساخت ماشینها یا دستگاهها با بیش از یک عضو میباشد. اعضاء اتصالدهنده، مانند یک پیچ و مهره معمولی میتوانند در موارد متفاوتی بکار روند و در اکثر این موارد عضوهای اتصالدهنده وظیفه انتقال بارهای وارده را دارند. ایده تکرار استفاده از اعضاء اتصال دهنده وقتی حائز اهمیت می‌‌شود که بدانیم برای مثال یک اتومبیل بیش از ده هزار قطعه، ماشین ابزار بیش از بیست هزار قطعه و کارخانه نورد بیش از یک میلیون قطعه دارند.
اتصالات میتوانند دائمی یا غیر دائمی باشند. انتخاب این موضوع بستگی به هدف بکارگیری اتصال و مسائل اقتصادی دارد. استفاده از اتصالات دائمی تنها یکبار امکانپذیر است اما این اتصالات ارزانتر بوده و نیروهای دینامیکی را راحت‌تر تحمل می‌‌کنند، بنابراین در جائیکه استحکام موردنظر است میتوان با اطمینان از این نوع اتصال استفاده کرد. اتصالات غیر‌‌دائمی قابلیت استفاده مجدد بیشتری دارند اما برای تحمل بارهای وارده مختلف چندان مناسب نیستند.
امروزه مواد مرکب[1] در صنعت اهمیت خود را نشان داده است و بنابراین مسائل آن نیز باید با دقت بیشتری بررسی گردد. یکی از مهمترین این مسائل اتصال قطعات مرکب چند لایه‌های[2] به یکدیگر میباشد. به طور کلی سه گروه اصلی اتصالات در صفحات مرکب چند لایه وجود دارند: اتصالات چسبی[3]، اتصالات مکانیکی[4]، ترکیبی از اتصالات چسبی و مکانیکی[5]. اتصالات مکانیکی کاربرد وسیعی در صنعت به خصوص سازه‌های هوایی دارد. لذا از دیرباز طراحان توجه خاصی به آن معطوف کرده‌اند. تعیین مقاومت نهایی و نوع گسیختگی اتصال، تحلیل تنش در محل قرارگیری پین که دارای تمرکز تنش بالایی است را ضروری می‌‌نماید.
نظر به اینکه انجام تحلیلهای ساده و پایه‌ای نمی‌تواند معیار مناسبی جهت تعیین نقاط تمرکز تنش، توزیع تنش در اتصالات وتعیین تنش‌های بین صفحه‌ای باشد، بسیاری از محققان به روشهای تحلیلی پیچیده روی آورده‌اند. گرچه روشهای پیچیده مذکور پارامترهای بیشتری همچون مسئله تماس پرچ با ورق در چنین اتصالاتی را مورد بررسی قرار داده و به تأثیر کمی و کیفی آنها بر رفتار اتصال می‌پردازد اما استفاده کاربردی از آنها امکانپذیر نمی‌باشد. بر همین اساس در سالهای اخیر با گسترش و پیشرفت در صنعت تولید سخت‌افزار و نرم‌افزارهای رایانه‌ای استفاده از روشهای عددی به خصوص روش اجزاء محدود و نرم‌افزارهای خاص آن، روند فزاینده‌ای پیدا نموده است. با استفاده از روش اجزاء محدود میتوان هندسه‌های پیچیده، بارگذاریهای متنوع و شرایط مرزی گوناگونی را در این اتصالات مدلسازی و تحلیل نمود.
براي دانلود متن كامل پايان نامه اينجا كليك كنيد
نظرات شما عزیزان:
تبادل لینک هوشمند