پایان نامه ارشد مهندسی مکانیک طراحی کاربردی: تحلیل المان محدود تیر اف.جی.ام با فرض اویلر

با عنوان : تحلیل المان محدود تیر اف.جی.ام با فرض اویلر به همراه لایه پیزو تحت بار دینامیکی مکانیکی و میدان الکتریکی

در ادامه مطلب می توانید تکه هایی از ابتدای این پایان نامه را بخوانید

و در صورت نیاز به متن کامل آن می توانید از لینک پرداخت و دانلود آنی برای خرید این پایان نامه اقدام نمائید.

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی مکانیک – طراحی کاربردی

عنوان:

تحلیل المان محدود تیر اف.جی.ام با فرض اویلر به همراه لایه پیزو تحت بار دینامیکی مکانیکی و میدان الکتریکی

برای رعایت حریم خصوصی اسامی استاد راهنما،استاد مشاور و نگارنده درج نمی گردد

تکه هایی از متن به عنوان نمونه : (ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)

چکیده:

در این پایان نامه با بهره گیری از علم و روش المان محدود، یک تیر مورد مطالعه قرار گرفته می باشد. تیر مورد مطالعه از نوع اف.جی.ام با فرض اویلر می باشد و در راستای ضخامت از توابع توانی پیروی می کند و در سطح بالایی تیر لایه ای از یک ماده پیزوالکتریک به عنوان دقیق کننده (اکچواتر – actuator) چسبانیده شده می باشد. سختی actuator به دلیل ضخامت پایین آن صرفنظر گردیده می باشد و تنها نیروی حاصله مورد مطالعه قرار گرفته می باشد. تیر مذکور تحت میدان الکتریکی ثابت و نیروی مکانیکی دینامیکی به گونه همزمان قرار دارد. با بهره گیری از روش نیومارک تیر به گونه دینامیکی تحلیل گردیده می باشد. برای حل المان محدود تیر از نرم افزار متلب (MATLAB) بهره گیری گردیده می باشد و نرم افزار کلی تحلیل تیر مذکور ارائه گردیده می باشد.

مقدمه:

اخیرا در علم روز، مواد اف.جی.ام (functionally graded materials) از اهمیت بسزایی برخوردار گردیده اند. این مواد معمولا در سازه در راستای ضخامت خود تحت تابعی تغییر جنس دارند. این مواد در سال 1988 در ژاپن ساخت و به نوعی کشف گردیدند. برای اولین بار در سال 1993 در هنگام نیاز به موادی با استحکام بسیار بالا در برابر حرارت، فردی به نام کویزومی این مواد را برای سازه های فضایی پیشنهاد داد. در سازه های کامپوزیتی تغییر ناگهانی خصوصیات مواد باعث ایجاد تنش های سنگین برشی در میان لایه ها می گردد و این موضوع در مواد اف.جی.ام با تغییر ملایم جنس ماده تحت تابع تعیین شده تا حد چشمگیری تقلیل می یابد و در این شرایط اف.جی.ام از اهمیت ویژه ای برخوردار می گردد.

یکی دیگر از موادی که از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده و دارای خصوصیات ذاتی خاصی می باشد، پیزوالکتریک می باشد. این مواد تحت تاثیر میدان الکتریکی دچار تغییر اندازه می گردند و اگر این مواد در سازه به صورت لایه های کامپوزیتی بهره گیری گردند به جای تغییر اندازه باعث تولید نیرو می گردند. اگر این مواد را تحت میدان الکتریکی قرار داده و از نیروی تولید شده توسط آنها بهره گیری گردد نام آن actuator (دقیق کننده) می باشد و اگر در عکس این مسیر از آن بهره گیری گردد و به آن نیرویی وارد گردد که باعث تغییر شکل آن گردد و از اختلاف پتانسیل ایجاد شده بهره گیری گردد، در این حالت نام آن sensor (سنسور) می باشد. مواد پیزوالکتریک دارای گستره وسیعی می باشند و مواد مختلف با خصوصیات متفاوتی را دارا هستند.

فصل اول: کلیات

1-1) هدف

هدف اصلی که در این پایان نامه دنبال شده می باشد تحلیل یک تیر تحت بار دینامیکی مکانیکی توسط المان محدود می باشد. طبیعتا به دلیل بهره گیری از روش المان محدود و حجم بالای محاسبات از نرم افزار کامپیوتری بهره گیری گردیده می باشد. نرم افزار مورد بهره گیری برای این تیر MATLAB می باشد. تیر تحت مطالعه از نوع FGM بوده و در سطح بالایی تیر یک لایه ماده پیزوالکتریک به عنوان actuator تعبیه گردیده می باشد و در نتیجه تیر تحت میدان الکتریکی، تحت نیروی پیزوالکتریک قرار می گیرد. در اصطلاح به چنین تیری، تیر PIEZO FGM گفته می گردد. از سختی لایه پیزوالکتریک به دلیل ضخامت پایین آن صرفنظر گردیده می باشد و تنها نیروی حاصله تحت میدان الکتریکی مورد مطالعه قرار می گیرد.

جهت تحلیل تیر پس از فرمول بندی های اصلی ریاضی از المان محدود (finite element) برای مدلسازی تیر بهره گیری گردیده می باشد. المان های مورد بهره گیری جهت به دست آوردن دقت کافی محاسبات، المان های چهار نقطه ای  continuos beam element C می باشند. در این نوع المان جابجایی و شیب دو سر تیر نامعلوم می باشد و تابع مدلسازی المان آن (shape function) درجه 3 می باشد. حل تیر با فرض اویلر انجام گرفته می باشد و جابجایی های افقی و عمودی برای هر نود (node) در نظر گرفته شده می باشد و هر node دارای دو درجه آزادی می باشد. برای مدلسازی FGM تیر از توابع توانی بهره گیری گردیده می باشد.

تیر مورد مطالعه تحت نیروی مکانیکی دینامیکی و میدان الکتریکی ثابت به گونه همزمان قرار دارد. برای تحلیل تاثیر نیروی حاصل از میدان الکتریکی بر روی تیر از قوانین بنیادین مربوط به پیزوالکتریک (constitutive relations) بهره گیری گردیده می باشد. در اولین مرحله از اصل همیلتون (Hamilton’s principle) و برای تحلیل اثر دینامیکی نیرو از روش نیومارک (Newmark) برایوردحل بهره گیری می گردد که اصولا نسبت به باقی روش ها از سادگی و دقت مناسبی برخوردار می باشد.

نرم افزار ارائه شده قابلیت پذیرفتن ورودی حالات مختلف تیر برای شرایط مرزی متفاوت را دارا می باشد و جواب های آن برای مطالعه صحت، با مقالات بین المللی مقایسه گردیده می باشد.

نتایج دینامیکی نرم افزار از طریق روش marching through time و رسیدن به نقطه عطف یا converge به دست آمده می باشد.

نمای کلی تیر در صفحه بعد نمایش داده شده می باشد.

در تیر از استحکام لایه پیزوالکتریک به دلیل ضخامت پایین آن صرفنظر گردیده می باشد و تنها نیروی ایجاد شده تحت میدان الکتریکی آن مورد مطالعه قرار می گیرد.

تعداد صفحه : 92

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را در شماره بندی انتهای صفحه بخوانید              

قیمت : شش هزار تومان

 

***

—-

پشتیبانی سایت :       

شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

———-          serderehi@gmail.com