متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته :مهندسی مکانیک

گرایش :طراحی كاربردی

عنوان : تحلیل پایداری تیرنانو کامپوزیتی روی تکیه گاه الاستیک تحت نیروی محوری

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد جاسب       

                         دانشكده فنی و مهندسی، گروه ارشد مكانیك

 

پایان نامه برای دریافت درجه كارشناسی ارشد در رشته مهندسی مکانیک

گرایش : طراحی كاربردی


عنوان:

تحلیل پایداری تیرنانو کامپوزیتی روی تکیه­گاه الاستیک تحت نیروی محوری

 

استاد راهنما:

     دکترعلی قربانپورآرانی

 

بهمن 1393

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                             صفحه                               چکیده ……………………………………………………………………………………………………………………………………………….1

فصل اول : کلیات تحقیق

1-1-مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………………..2

1-2- دسته بندی مواد زمینه …………………………………………………………………………………………………………………6

1-2-1-پلیمرها ………………………………………………………………………………………………………………………………….7

1-2-2- سرامیک ها …………………………………………………………………………………………………………………………..7

1-2-3- فلزات ………………………………………………………………………………………………………………………………….7

1-3- دسته بندی تقویت کننده ها …………………………………………………………………………………………………………8

1-3-1- الیاف ……………………………………………………………………………………………………………………………………8

1-3-2- الیاف شیشه …………………………………………………………………………………………………………………………..8

1-3-2-1- الیاف شیشه نوع A  …………………………………………………………………………………………………………..8

1-3-2-2- الیاف شیشه نوع E  ……………………………………………………………………………………………………………8

1-3-2-3- الیاف شیشه نوع S ……………………………………………………………………………………………………………..8

1-3-2-4- الیاف شیشه نوع D …………………………………………………………………………………………………………….9

1-3-3- الیاف کربن گرافیت ………………………………………………………………………………………………………………..9

1-3-3-1- الیاف آلی ………………………………………………………………………………………………………………………….9

1-3-4- تقویت کننده های ذره ای ……………………………………………………………………………………………………..10

1-3-5- تقویت کننده های ویسکر ……………………………………………………………………………………………………..10

1-4- موارد کاربرد کامپوزیت ها ………………………………………………………………………………………………………..10

1-4-1- صنعت هوا فضا …………………………………………………………………………………………………………………..10

1-4-2- صنعت نفت و گاز ……………………………………………………………………………………………………………….10

1-4-3- صنایع دریایی ……………………………………………………………………………………………………………………..11

1-4-4- صنعت ساختمان ………………………………………………………………………………………………………………….11

1-4-5- صنعت خودروسازی……………………………………………………………………………………………………………..11

1-4-6- لوازم ورزشی ………………………………………………………………………………………………………………………11

1-5- المان های ماتریس سختی و ماتریس تطبیقی ……………………………………………………………………………….11

1-5-1- ماده با خواص متعامد …………………………………………………………………………………………………………..12

1-5-2- ماده با خواص ایزوتروپیک عرضی………………………………………………………………………………………….12

1-5-3- ماده با خواص ایزوتروپیک ………………………………………………………………………………………………12

1-6-اهداف پروژه ………………………………………………………………………………………………………………………….13

فصل دوم : مروری بر کارهای انجام شده

2-1- مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………………………15

2-2- تاریخچه وسیرتکامل نانو …………………………………………………………………………………………………………15

2-3- تعریف فناوری نانو …………………………………………………………………………………………………………………16

2-4- نانو لوله های کربنی ………………………………………………………………………………………………………………..16

2-4-1- ساختار نانو لوله های کربنی …………………………………………………………………………………………………16

2-4-2- کشف نانو لوله …………………………………………………………………………………………………………………..18

2-4-3- تاریخچه لوله ها ………………………………………………………………………………………………………………..20

2-5- انواع نانو لوله های کربنی ……………………………………………………………………………………………………….23

2-5-1- نانو لوله کربنی تک جداره ………………………………………………………………………………………………….23

2-5-1-1- روابط تبدیل صفحه گرافیتی به نانو لوله …………………………………………………………………………..28

2-5-2- نانو لوله کربنی چند جداره …………………………………………………………………………………………………29

2-5-3- فولرایت …………………………………………………………………………………………………………………………..29

2-5-4- متخلخل یا حلقه ای ………………………………………………………………………………………………………….29

2-6- خواص نانو لوله های کربنی ………………………………………………………………………………………………….30

2-6-1- واکنش پذیری شیمیایی …………………………………………………………………………………………………….30

2-6-2- استحکام ومقاومت …………………………………………………………………………………………………………..30

2-6-3- خواص حرکتی ……………………………………………………………………………………………………………….31

2-6-4- خواص الکتریکی …………………………………………………………………………………………………………….31

2-6-5- خواص حرارتی ………………………………………………………………………………………………………………32

2-6-6- رفتار الاستیکی ………………………………………………………………………………………………………………..32

فصل سوم : مواد وروش ها

3-1- مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………………………35

3-2- معرفی تئوری های مختلف برای تحلیل تیر کامپوزیتی تقویت شده با نانو لوله های کربنی …………….36

3-2-1- تئوری تیر اویلر برنولی ……………………………………………………………………………………………………..36

3-2-2- تئوری تیر تیمو شینکو ………………………………………………………………………………………………………36

3-3- قانون اختلاط ………………………………………………………………………………………………………………………37

3-4- کرنش های نرمال وبرشی ……………………………………………………………………………………………………..39

3-5- معادلات تعادل تیر اویلر برنولی …………………………………………………………………………………………..39

3-5-1- مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………………39

3-6- معادلات تعادل تیر تیمو شینکو ………………………………………………………………………………………………45

 

فصل چهارم : نتایج

4-1- مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………50

4-2- تعریف روش دیفرانسیل مربعی …………………………………………………………………………………………..50

4-3- چند جمله ای تقریبی مرتبه بالاوبردارفضایی خطی ………………………………………………………………..52

4-4- ضرایب وزنی از مشتق مرتبه اول ………………………………………………………………………………………..52

4-5-  ضرایب وزنی از مشتق مرتبه دوم وبالاتر …………………………………………………………………………….57

4-6- حل معادلات پایداری به روش دیفرانسیل مربعی تعمیم یافته ………………………………………………….60

فصل پنجم :بحث و نتیجه گیری  

5-1- مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………………..62

5-2- خواص ماده نانو کامپوزیتی ………………………………………………………………………………………………..63

5-3- خواص مادی پلیمرهای زمینه …………………………………………………………………………………………….64

5-3-1- خواص مادی پلیمر PMMA ……………………………………………………………………………………….64

5-4-1- خواص مادی PMPV …………………………………………………………………………………………………64

5-4- مقایسه نتایج با منابع دیگر ………………………………………………………………………………………………….65

5-5- بحث ونتیجه گیری …………………………………………………………………………………………………………..78

5-6- ارائه پیشنهادات ………………………………………………………………………………………………………………..78

5-7-منابع و مأخذ ……………………………………………………………………………………………………………………79

 

 

 

 

                                              فهرست علامت­ها

:  بردار تغییر مکان طولی

:  بردار موقعیت طولی

:  طول تیر

:  بردار تغییر مکان عرضی

:  بردار موقعیت عرضی

:  ضخامت تیر

:  انرژی جنبشی

:  انرژی پتانسیل

:  زمان

:  لاگرانژین سیستم

:  تانسور کرنش گرین لاگرانژ

:  تانسور گرادیان تغییر شکل

:  تانسور تنش

:  تانسور کرنش

:  مدول الاستیسیته

:  ضریب پواسون

:  مدول برشی

:  چگالی

:  تانسور

:  منتجه­های نیروی غشایی

:  منتجه­های گشتاور خمشی

:  بردار تغییر مکان طولی بی­بعد

:  بردار تغییر مکان عرضی بی­بعد

:  ماتریس سختی کششی

:  ماتریس سختی کوپل کششی- خمشی

:  ماتریس سختی خمشی

:  ماکزیمم دامنه تیر

:  ضرایب وزنی برای مشتق مرتبه n-ام در روش GDQ

 

 

 

 

 

فهرست جدول­ها

عنوان………………………………..       صفحه

جدول1-1 دسته بندی انواع کامپوزیت­ها 5
جدول5-1 خواص مادی وابسته به دما نانو لوله کربنی تک جداره(10،10) 63
جدول 5-2 مقایسه مدول‌های یانگ برای کامپوزیت PMMA/CNT 64
جدول 5-3 مقایسه مدول‌های یانگ برای کامپوزیت PMPV/CNT 64
جدول5-4 مقایسه تغییرات بار کمانش بی بعد شده تیر اویلر-برنولی روی بستر الاستیک با مقاله دیگر 65
جدول 5-5 تغییرات بار کمانش محوری بی بعد شده تیر اویلربرنولی دو سرگیردار کامپوزیتی 66
جدول 5-6 تغییرات بار کمانش محوری بی بعد شده تیر اویلربرنولی دو سرگیردار کامپوزیتی 66
جدول 5-7 تغییرات بار کمانش محوری بی بعد شده تیر اویلربرنولی دو سرگیردار کامپوزیتی تقویت شده 67
جدول 5-8 تغییرات بار کمانش محوری بی بعد شده تیر اویلربرنولی دو سرگیردار کامپوزیتی تقویت شده 67
جدول 5-9 تغییرات بار کمانش محوری بی بعد شده تیر اویلربرنولی دو سرلولا  کامپوزیتی 68
جدول 5-10 تغییرات بار کمانش محوری بی بعد شده تیر اویلربرنولی دو سرلولا  کامپوزیتی 68
جدول 5-11 تغییرات بار کمانش محوری بی بعد شده تیر اویلربرنولی دو سرلولا  کامپوزیتی تقویت شده 69
جدول 5-12 تغییرات بار کمانش محوری بی بعد شده تیر اویلربرنولی دو سرلولا  کامپوزیتی تقویت شده 69
جدول 5-13 تغییرات بار کمانش محوری بی بعد شده تیر تیموشینکو دو سرگیردار کامپوزیتی 70
جدول 5-14 تغییرات بار کمانش محوری بی بعد شده تیر تیموشینکو دو سرگیردار کامپوزیتی 70
جدول 5-15 تغییرات بار کمانش محوری بی بعد شده تیر تیموشینکو دو سرگیردار کامپوزیتی تقویت شده 71
جدول 5-16 تغییرات بار کمانش محوری بی بعد شده تیر تیموشینکو دو سرگیردار کامپوزیتی تقویت شده 71
جدول 5-17 تغییرات بار کمانش محوری بی بعد شده تیر تیموشینکو دو سرلولا  کامپوزیتی 72
جدول 5-18 تغییرات بار کمانش محوری بی بعد شده تیر تیموشینکو دو سرلولا  کامپوزیتی 72
جدول 5-19 تغییرات بار کمانش محوری بی بعد شده تیر تیموشینکو دو سرلولا  کامپوزیتی تقویت شده 73
جدول 5-20 تغییرات بار کمانش محوری بی بعد شده تیر تیموشینکو دو سرلولا  کامپوزیتی تقویت شده 73

 

 

 

 

 

                                                    فهرست اشکال

عنوان………………………………..     صفحه

شکل 1-1 انتقال بار و توزیع تنش در یک فیبر جاسازی شده در ماده زمینه تحت بارگذاری محوری 4
شکل1-2 نانو تکنولوژی تقویت کننده­های کامپوزیت­ها 10
شکل 2-1 برخی آلوتروپ های کربنی 17
شکل2-2 نانو لوله های کربنی تک جداره 24
شکل2-3 رل کردن صفحه گرافیت  و تشکیل نانو لوله های کربنی تک جداره 25
شکل 2-4 نمایش برداردهای پایه  و جفت شاخص 26
شکل 2-5 تصویر شماتیک نا نو لوله های کربنی تک جداره 27
شکل 2-6  نمای صفحه گرافیتی و کمیت های روی صفحه قبل از تغییر شکل به نانو لوله 28
شکل2-7 نانو لوله کربنی چند جداره 29
شکل2-8 نمای یک نانو تروس 30
شكل3- 1تیر­کامپوزیتی روی بستر الاستیک 35
شكل3- 2مدل تیر­ تیموشینکو 37
شکل 5-1 تغییرات بار کمانش محوری بی بعد شده تیر کامپوزیتی اویلر برنولی تقویت شده با نانولوله کربنی در مقابل ضریب بستر الاستیک برای Vcn=0.11 ، h/L=0.2 با شرط مرزی دوسرگیردار 74
شکل 5-2 تغییرات بار کمانش محوری بی بعد شده تیر کامپوزیتی اویلر برنولی تقویت شده با نانولوله کربنی در مقابل ضریب بستر الاستیک برای Vcn=0.11 ، h/L=0.2 با شرط مرزی دوسرساده 74
شکل 5-3 تغییرات بار کمانش محوری بی بعد شده تیر کامپوزیتی اویلر برنولی تقویت شده با نانولوله کربنی در مقابل نسبت تناسب برای Kv=0.005 ، Kp=0.1 با شرط مرزی دوسرگیردار 75
شکل 5-4 تغییرات بار کمانش محوری بی بعد شده تیر کامپوزیتی اویلر برنولی تقویت شده با نانولوله کربنی در مقابل نسبت تناسب برای Kv=0.005 ، Kp=0.1 با شرط مرزی دوسر ساده 75
شکل 5-5 تغییرات بار کمانش محوری بی بعد شده تیر کامپوزیتی تیموشینکو تقویت شده با نانولوله کربنی در مقابل ضریب بستر الاستیک برای Vcn=0.11 ، h/L=0.2 با شرط مرزی دوسرگیردار 76
شکل 5-6 تغییرات بار کمانش محوری بی بعد شده تیر کامپوزیتی تیموشینکو تقویت شده با نانولوله کربنی در مقابل ضریب بستر الاستیک برای Vcn=0.11 ، h/L=0.2 با شرط مرزی دوسرساده 76
شکل 5-7 تغییرات بار کمانش محوری بی بعد شده تیر کامپوزیتی تیموشینکو تقویت شده با نانولوله کربنی در مقابل نسبت تناسب برای Kv=0.005 ، Kp=0.1 با شرط مرزی دوسرگیردار 77
شکل 5-8 تغییرات بار کمانش محوری بی بعد شده تیر کامپوزیتی تیموشینکو تقویت شده با نانولوله کربنی در مقابل نسبت تناسب برای Kv=0.005 ، Kp=0.1 با شرط مرزی دوسر ساده 77


 

 

چكیده

در این پایان نامه تحلیل پایداری تیر­کامپوزیتی تقویت شده با نانولوله­های کربنی روی تکیه­گاه الاستیک تحت نیروی محوری مورد بررسی قرار گرفته است. توزیع نانولوله­ها  بصورت یكنواخت[1]  در نظر گرفته شده است. برای تعیین خصوصیات مواد تقویت شده با نانولوله­ها ازنتایج دینامیك مولكولی و قوانین مخلوط­ها استفاده می­شود. با بهره گرفتن از تئوری­های تیر اویلر­برنولی و تیموشینکو و با در نظر گرفتن فرضیات تنش صفحه­ای، معادلات تعادل تیر با بكارگیری اصل هامیلتون بدست خواهد آمد.معادلات پایداری تیر و شرایط مرزی با اعمال نیروهای بستر الاستیک نیز بدست می­آیند. سپس معادلات دیفرانسیل حاكم، با بكارگیری روش دیفرانسیل مربعی تعمیم یافته و با اعمال شرایط مرزی تكیه گاه ساده حل گردیده­اند. با مساوی صفر قرار دادن دترمینان ماتریس ضرایب بار بحرانی كمانش مكانیكی بدست می­آید. با توجه به نتایج برای تیر تقویت شده با نانولوله­های کربنی مقدار باركمانش محوری بی بعد شده با افزایش كسر حجمی، افزایش می یابد. صحت نتایج با دیگر مقالات موجود مقایسه و دقت بالایی بین نتایج این تحقیق و دیگر مقالات برقرار است.

كلمات كلیدی : كمانش ، تیر کامپوزیتی ، بار بحرانی كمانش مكانیكی ، نانولوله كربنی ،  روش دیفرانسیل مربعی تعمیم یافته

 

 ، تکیه گاه الاستیک . 


 

 

 

 

فصل اول

کلیات تحقیق

 

 

 

 

1-1-مقدمه

ترکیب دو یا چند ماده با یکدیگر به طوری که به صورت شیمیایی مجزا و غیر محلول باشند و بازده و خواص سازه­ای این ترکیب نسبت به هر یک از اجزاء تشکیل دهنده آن به تنهایی، در موقعیت برتری قرار بگیرد را کامپوزیت می­نامند. به عبارت دیگر کامپوزیت به دسته­ای از مواد اطلاق می­شود که آمیزه­ای از مواد مختلف و متفاوت در فرم و ترکیب باشند و اجزاء تشکیل دهنده آن‌ها هویت خود را حفظ کرده، در یکدیگر حل نشده و با هم ممزوج نمی­شوند. با توجه به این امر کامپوزیت از آلیاژ فلزی متفاوت می­باشد. بنابراین کامپوزیت ترکیبی از حداقل دو ماده مجزای شیمیایی با فصل مشترک مشخص بین هر جزء تشکیل دهنده است.

کسی نمی‌داند اولین کامپوزیت چه زمانی ساخته شده است. شاید اولین کامپوزیتی که بشر با آن سرو کار پیدا کرد، کاه گل باشد. قدیم­ها برای ساختن خانه از گل استفاده می­کردند، اما چون گل بعد از خشک شدن ترک می­خورد، مقداری کاه به آن می­افزودند تا حفره­ها را پر کند و مانع از ترک خوردن گل شود. شاید هم اولین کامپوزیت را مصری­ها ساخته باشند که در قایق­هایشان به چوب بدنه مقداری پارچه می­آمیختند تا در اثر خیس شدن چوب باد نکند. اما به هر حال می­شود گفت که مواد کامپوزیتی در سال­های اخیر است که به عنوان یک ماده مهندسی پذیرفته شده‌اند.

اولین وظیفه زمینه احاطه ماده تقویت کننده است به طوری که نگذارد ماده تقویت کننده پراکنده شود. وظیفه دوم محافظت از ماده تقویت کننده در برابر عوامل شیمیایی است و همان‌طور که در شکل (1-1) می‌بینیم وظیفه سوم این است که چون مواد زمینه را نرم انتخاب می­ کنند، وقتی نیرو به ماده مرکب (کامپوزیت) وارد می­شود، توسط زمینه به ماده تقویت کننده انتقال داده شود تا ماده تقویت کننده نیرو را تحمل کند.

[1]-Uni Directional(UD)

تعداد صفحه : 97

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        *       asa.goharii@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.