دانشگاه آزاد اسلامی
واحد تهران جنوب
دانشکده تحصیلات تکمیلی
“M.SC” پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد
مهندسی مکانیک گرایش طراحی کاربردی
عنوان:
بررسی کمانش حرارتی تیر FGM با دو لایه پیزوالکتریک
چکیده
در این پژوهش به بررسی کمانش حرارتی تیر تابعی (FGM) با دو محرک پیزوالکتریک پرداخته شده است. خواص ماده شامل ضریب انبساط حرارتی و مدول الاستیسیته در جهت ضخامت تیر بطور پیوسته، مطابق با مدل توانی تغییر می کند. با استفاده از تئوری تیر اویلر-برنولی و روش حساب تغییرات و جمع نیرو معادلات تعادل و پایداری بدست آورده شده است. با در نظر گرفتن تکیه گاه ساده برای تیر مذکور، محاسبه دمای بحرانی کمانش بر حسب ترمهای ولتاژ محرک، خواص مکانیکی و هندسی تیر، بصورت تحلیلی انجام شده است. این رابطه نشان می دهد با اعمال ولتاژ منفی به لایه های محرک دمای بحرانی کمانش افزایش می یابد.
مقدمه
کمانش ناشی از تغییرات دمایی یکی از عوامل اصلی در تخریب سازه های مهندسی می باشد، بنابراین بررسی کمانش ناشی از بارهای حرارتی در سازه ها اهمیت ویژه ای می یابد. کنترل کمانش تیرها با استفاده از مواد هوشمند اخیرا مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته است. در مراجع گوناگون در بین مواد هوشمند، مواد پیزوالکتریک جهت استفاده برای سنسور و محرک جزو بهترین مواد معرفی شده است که دلیل آن نیز خواص منحصر به فرد این مواد است. استفاده نخستین از مواد پیزوالکتریک به سال 1880 برمی گردد زمانی که برادران کوری اثر مستقیم این مواد را کشف کردند.
مواد تابعی در تحقیقات گستردهای در سالهای بین 1990 تاکنون مورد بررسی قرار گرفته است. علت این تحقیقات گسترده اینست که، اگرچه تا حدودی مشابه مواد مرکب رفتار میکند ، اما در واقعیت تفاوت زیادی بین این دو ماده وجود دارد و در اصل میتوان مواد تابعی را نوع جدیدی از مواد مرکب در نظر گرفت که خواص آن به صورت لایهای تغییر نمیکند بلکه بصورت کاملاً یکنواخت تغییر مینماید. یکی از ویژگیهای مهم این مواد اینست که، در محیط هایی که تحت گرادیان حرارتی بالایی قرار دارند استفاده از این ماده باعث جلوگیری از بوجود آمدن تمرکز تنش میشود. علت آن نیز اینست که از آنجا که این مواد معمولا از ترکیب دو ماده تشکیل میشود که یکی از این مواد از دسته سرامیکها و دیگری از دسته فلزها میباشد، هم بدلیل ضریب هدایت مناسب در برابر حرارت میتواند مقاومت کند و هم بدلیل داشتن مدل الاستیسیته مناسب میتواند در مقابل بارهای مکانیکی پاسخ مناسبی را ارائه دهد.
درپژوهش حاضر، با توجه به خواص منحصر به فرد مواد تابعی و همچنین قابلیت پیزوالکتریک جهت استفاده برای کنترل کمانش ، به بررسی کمانش حرارتی تیر تشکیل شده از مواد تابعی با استفاده از لایه های محرک پیزوالکتریک، تحت بار حرارتی و الکتریکی مورد توجه قرار گرفته است.
فصل اول: کلیات
1-1) هدف
در این پژوهش اختلاف دمای بحرانی کمانش برای تیر تابعی محاسبه شده و سپس با استفاده از اعمال ولتاژ به لایه های پیزوالکتریک ، دمای بحرانی کمانش افزایش یافته و کمانش تیر به تعویق می افتد.
2-1) پیشینه تحقیق
هی و همکاران یک فرمول بندی المان محدود بر مبنای تئوری صفحات کلاسیک لایه ای برای کنترل شکل و ارتعاشات صفحات FGM شامل سنسور و محرک پیزوالکتریک ارائه دادند. در این مدل الگوریتم بازخورد جهت کنترل پاسخ دینامیکی و استاتیکی مورد استفاده قرار گرفته است. خصوصیات صفحه FGM در جهت ضخامت آن مطابق با توزیع توانی کسر حجمی بوده است. نتایج تحلیل استاتیکی بر حسب خیز صفحه میانی نشان دهنده آثار کنترلی لایه های پیزوالکتریک می باشد.
لین و همکاران یک تحلیل پا یداری دینامیک روی تیر متشکل از ماده مرکب و لایه های پیزوالکتریک انجام دادند، در این تحقیق یک تیر لاغر لایه ای مرکب با لایه های پیزوالکتریک که تحت بار فشاری نوسانی محوری قرار دارد در نظر گرفته شده است و پایداری دینامیکی تیر مورد بررسی قرار گرفته است هر دو لا یه بالایی و پایینی پیزوالکتریک به عنوان محرک در نظر گرفته شده اند این تیر در دو انتها مقید شده و لایه های پیزو الکتریک محرک تنشهای صفحه ای القا می کنند و بر رفتار دینامیکی تیر اثر می گذارند. هنگامی که ولتاژ اعمالی در لایه های پیزوالکتریک محرک منفی است نیر وی پیزوالکتریک کششی می باشد. در این پژوهش ولتاژهای یکسان به هر دو لایه محرک اعمال شده است . پایداری دینامیکی تیر نیز وقتی که لایه پیزوالکتریک بالایی به عنوان محرک و لایه پایینی به عنوان حسگر عمل می کند مورد بررسی قرار گرفته است.
ماتیو و همکاران رفتار استاتیکی یک تیر طره ای که با تکه های محرک پیزوالکتریک تحریک می شود را بوسیله مدل اجزای محدود مورد بررسی قرار دادند و همین بررسی را بصورت تجربی روی تیر مدل بوسیله اعمال جریان مستقیم به تکه های پیزوالکتریک انجام دادند. تیر مورد بررسی همگن و از جنس آلومینیوم می باشد. نتایج حاکی از توافق بین داده های مدل اجزای محدود و مدل تجربی برای ولتاژهای پایین (کمتر از 100 ولت) می باشد. برای توافق در ولتاژهای بالاتر می بایست شکل غیر خطی ثابت پیزوالکتریک برای مدل اجزای محدود در نظر گرفته شود. ولتاژهای اعمالی در این مطالعه زیر 225 ولت می باشد.
شن روی پاسخ غیر خطی خمش صفحات تابعی که تحت بارهای عرضی و حرارتی قرار دارند مطالعه نموده است. این مطالعه روی صفحات مستطیلی تابعی با تکیه گاه ساده که تحت یک بار عرضی یکنواخت یا سینوسی و محیط حرارتی قرار دارند انجام شده، توزیع توانی مطابق کسر حجمی برای خصوصیات مواد در جهت ضخامت در نظر گرفته شده است، معادلات حاکم برای صفحه تابعی بر مبنای تئوری تغییر شکل برشی مرتبه بالاتر ردی در نظر گرفته شده است، یک تکنیک ترکیبی گالرکین و اغتشاشات برای تعیین نمودارهای نیرو- جابجایی و نیرو ممان خمشی بکار گرفته شده است.
جواهری و اسلامی روی کمانش حرارتی صفحه تابعی مطالعه نمودند، همچنین مطالعاتی روی کمانش این صفحات تحت بار گذاری فشاری صفحه ای و بارگذاری حرارتی بر مبنای تئوری مرتبه بالا انجام دادند.
براي دانلود متن كامل پايان نامه اينجا كليك كنيد
نظرات شما عزیزان:
تبادل لینک هوشمند