دانشگاه آزاد اسلامی
واحد تهران جنوب
دانشکده تحصیلات تکمیلی
“M.Sc.” پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد
مهندسی مکانیک – طراحی کاربردی
عنوان:
کمانش پوسته های کروی کم عمق FGM با ماده وابسته به دما
چکیده
هدف این پایان نامه، یافتن بار بحرانی کمانش و تحلیل پایداری پوسته های نازک کروی کم عمق از جنس FGM با تکیه گاه ساده و خواص مکانیکی وابسته به دما تحت بارگذاری ترمومکانیکی است. ماده FGM در نظر گرفته شده برای پوسته از نوع فلز- سرامیک با کسر حجمی توانی است به طوری که خواص آن در راستای ضخامت پوسته به صورت تدریجی از فلز خالص در سطح درونی به سرامیک خالص در سطح بیرونی تغییر می یابد. خواص مکانیکی فلز و سرامیک وابسته به دما فرض گردیده اند. ابتدا، تابع انرژی پتانسیل کل محاسبه می گردد. سپس، با استفاده از نظریه مرتبه اول پوسته ها Love-Kirchhoff، روابط سینماتیک Donnell-Mushtari-Vlasov و قانون هوک، انرژی پتانسیل کل به صورت تابعی از مؤلفه های تغییرمکان صفحه میانی در می آید. بر اساس معیار انرژی پتانسیل کمینه برای مسائل استاتیکی و با توجه به اصول حساب تغییرات، با کمینه سازی تابع انرژی پتانسیل کل توسط روابط Euler، معادلات تعادل حاصل می شود. با استفاده از معیار مجاور تعادل و با ایجاد نمو مجازی بسیار کوچکی در مؤلفه های تغییرمکان صفحه میانی و جایگذاری آنها در معادلات تعادل و حذف جملات مربوط به آن روابط، معادلات پایداری بدست می آید. جواب های تحلیلی تقریبی تک- جمله ای که شرایط مرزی مفروض را ارضا می کنند، برای مؤلفه های تغییرمکان صفحه میانی در نظر گرفته می شود. برای کمینه سازی خطاهای این تقریب از روش Galerkin استفاده می شود. برای ایجاد کمانش، دترمینان ماتریس ضرایب معادلات حاصل از به کارگیری روش Galerkin باید صفر باشد که با حل آن بار بحرانی کمانش محاسبه می گردد. نتایج تحلیلی برای بارگذاری های متفاوت که عبارت است از فشار هی درواستاتیک خارجی و افزایش یکنواخت دما و ترکیب آنها بدست می آیند. نتایج حاصل با اطلاعات موجود در ادبیات اعتبارسنجی و مقایسه می گردد.
مقدمه
در سا لهای اخیر با رشد روزافزون و شتابان صنایع مختلف و پیشرفته تر شدن دستگاه های صنعتی و توسعه موتورهای پرقدرت صنایع هوافضا، توربین ها و راکتورها و دیگر ماشین ها نیاز به موادی با مقاومت حرارتی بالا و مقاوم تر از لحاظ مکانیکی احساس شده است. در سال های قبل در صنا یع هوافضا از مواد سرامیکی خالص جهت پوشش و روکش قطعات با درجه کارکرد بالا استفاده می شد. این مواد عایق های بسیار خوبی بودند ولی مقاومت زیادی در برابر تنش های پسماند نداشتند. تنش های پسماند در این مواد مشکلات زیادی از جمله ایجاد حفره و ترک می نمود. بعدها برای رفع این مشکل از مواد مرکب لایه ای استفاده شد. تنش های حرارتی در این مواد نیز موجب پدیده لایه لایه شدن می گردید. با توجه به این مشکلات طرح ماده ای مرکب که هم مقاومت حرارتی و مکانیکی بالا داشته و هم مشکل لایه لایه شدن نداشته باشد، ضرورت پیدا کرد.
FGM ها موادی مرکب با ریزساختار ناهمگن می باشند، که خواص مکان یکی آنها بطور ملایم و پیوسته از یک سطح جسم به سطح دیگر آن تغییر می کند. نوع رایج آن ترکیب پیوسته ای از سرامیک و فلز می باشد. این مواد از اختلاط پودر فلز و سرامیک بدست می آیند. تغییر فلز و سرامیک از یک سطح به سطح دیگر کاملاً پیوسته می باشد؛ به گونه ای که یک سطح از جنس سرامیک خالص و یک سطح، فلز خالص است. بین دو سطح، ترکیب پیوسته ای از هر دو ماده می باشد. خواص مکانیکی نیز با توجه به نوع ترکیب تغییرات پیوسته ای در جهت ضخامت دارد. ماده ساختاری سرامیک به علت ضریب انتقال حرارت کم و مقاومت زیاد در مقابل دما، درجات حرارت بسیار بالا را تحمل کرده و ماده ساختاری فلز انعطاف پذیری لازم را فراهم می کند. بعلاوه، اختلاط سرامیک و فلز با تغییرات پیوسته از یک سطح تا سطح دیگر در یک سازه به آسانی قابل ساختن می باشد. به علت تغییرات پیوسته خواص مکانیکی، مشکلات عدم پیوستگی که در سازه های مرکب لایه ای وجود دارد؛ در مواد FGM به وجود نمی آید. این مواد ابتدا برای ایجاد سپر حرارتی و پوشش های عایق حرارتی در سازه های مختلف تولید شدند. مزیت استفاده از این مواد، این است که قادر به تحمل درجات حرارت بسیار بالا و اختلاف درجه حرارت بسیار بالا بوده و مقاوم در مقابل خوردگی و سایش می باشند و همچنین مقاومت بالایی در مقابل شکست دارند. در حال حاضر از این مواد برای سازه هایی که در مقابل درجات حرارت بالا باید مقاوم باشند، استفاده می گردد. از نکات بسیار برجسته این مواد، امکان بهینه سازی تغییرات تنش در آنها با تغییر مناسب پروفیل تغییرات مواد ساختاری است. تا مدت ها افزایش یکنواختی در ریز ساختارها مورد توجه بود تا بدین وسیله خصوصیات ماده بهبود یابد. حال آنکه امروزه، مواد FGM همراه با غیریکنواختی های فضایی که عمداً در آنها ایجاد می شود، محبوبیت زیادی در محی طهای با دمای بالا کسب نموده اند. این مواد با توجه به پیوستگی ترکیب مواد تشکیل دهنده، دارای خواص مکانیکی مؤثرتری نسبت به مواد مرکب لایه ای می باشد.
مواد FGM در ساخت صفحات و پوسته های مخازن، راکتورها، توربین ها و دیگر اجزای ماشین ها و هواپیماها و فضاپیماها کاربرد زیادی دارند، زیرا این قطعات آمادگی بالایی جهت واماندگی ناشی از کمانش حرارتی دارند. از دیگر مزایای مواد FGM نسبت به مواد مرکب لایه ای، عدم گسستگی در محل اتصال لایه ها می باشد؛ زیرا همانطور که گفته شد در مواد FGM ترکیب سرامیک و فلز پیوسته می باشد.
در سال های اخیر، مطالعات بر روی سازه های FGM از جذابیت ویژه ای برخوردار بوده است. از دیرباز پژوهش های بسیاری بر روی کمانش پوسته ها به انجام رسیده اما تحقیقات بر روی کمانش مکانیکی و حرارتی پوسته های FGM کم است و آغاز آن به سال 2003 برمی گردد.
براي دانلود متن كامل پايان نامه اينجا كليك كنيد
نظرات شما عزیزان:
تبادل لینک هوشمند