فهرست مطالب
فصلنامه مکانیک هوافضا
سال دوازدهم شماره 2 (پیاپی 44، تابستان 1395)
- رفتار مکانیکی مواد و سازه ها
- تاریخ انتشار: 1395/05/19
- تعداد عناوین: 9
-
-
صفحات 1-13در این مقاله به بررسی باز توزیع تنش ها و تغییرشکل ها در طی زمان در مخازن کروی جدار ضخیم FGM تحت فشار داخلی و توزیع دمای شعاعی پرداخته می شود. خواص مکانیکی و حرارتی ماده به غیر از ضریب پواسون به صورت تابع توانی برحسب شعاع فرض شده اند. در رژیم خزشی، کرنش های کل در هر زمان به صورت مجموع کرنش های مکانیکی، خزشی و حرارتی هستند که هریک توابعی از شرایط بارگذاری و زمان می باشند. با استفاده از روابط تنش-کرنش، کرنش- جابه جایی و تعادل در کره و همچنین به کارگیری روابط پراندتل روس و رابطه ساختاری نورتون، توزیع تنش ها در لحظه بارگذاری و نرخ تغییرات آنها طی زمان به دست می آیند. باز توزیع تنش ها طی زمان به صورت جمع جبری توزیع تنش ها در لحظه بارگذاری و انتگرال نرخ تغییرات تنش ها طی زمان محاسبه خواهند شد. توزیع درجه حرارت در راستای شعاع کره، بازتوزیع تنش ها، کرنش ها، تغییرشکل ها و همچنین نرخ تغییرات آنها در طی زمان برای مواد FGM با خصوصیات مختلف رسم شدند و تاثیر افزایش دما بررسی شد. نتیجه گرفته شد که تغییرات تنش مماسی در طول زمان به مراتب چشمگیر تر و تاثیر گذار تر از تنش شعاعی است و در دماهای بالا پدیده خزش تاثیر بیشتری در تغییرشکل جسم دارد. همچنین می توانیم با استفاده از خصوصیات مواد FGM مخازنی طراحی کنیم که پس از گذشت زمان مشخصی از شروع بارگذاری، تنش ها و تغییر شکل ها در آنها در وضعیتی پیش بینی شده قرار گیرند.
کلیدواژگان: تغییر شکل وابسته به زمان، مخزن کروی FGM، تاریخچه تنش ها -
صفحات 15-26در این مقاله رفتارترموالاستیک پوسته مخروطی ضخیم ساخته شده از مواد مدرج تابعی که خواص آن در راستای ضخامت پوسته با رابطه توانی تغییر می کند با تکیه گاه های گیر دار بررسی می شود. ابتدا با جایگزینی میدان جابه جایی روش تئوری تغییرشکل برشی مرتبه اول (FSDT) در روابط کرنش جابه جایی پوسته مخروطی، روابط کرنش جابه جایی برحسب جابه جایی ها و چرخش درون صفحه تعیین شده و سپس با استفاده از این روابط و قانون تشکیل دهنده، منتجه های نیرو، گشتاورهای پیچشی و نیروهای عرضی در واحد طول به دست می آیند. با جایگذاری روابط به دست آمده در معادلات تعادل برحسب برآیندهای نیرو، گشتاورهای پیچشی و نیروهای عرضی در واحد طول برای حالت متقارن محوری سه معادله و سه مجهول (دو جابه جایی درون صفحه و یک چرخش درون صفحه) به دست می آید که این معادلات حاکم را می توان با روش DQ حل کرد و مجهولات را یافت. برای یافتن تنش ها، ابتدا با جایگزینی جابه جایی های عددی به دست آمده و مشتق عددی آنها در روابط کرنش جابه جایی، کرنش ها به دست می آید و درنهایت با جایگزینی این کرنش ها در روابط هوک، تنش ها تعیین می شود. با مقایسه ی نتایج عددی حاصل با نتایج موجود در مقالات صحه گذاری روش حاضر تحقق می یابد. درنهایت تاثیر پرامترها در رفتار خمشی پوسته مخروطی ارائه گردیده است.
کلیدواژگان: پوسته مخروطی، مواد مدرج تابعی، تئوری تغییرشکل برشی مرتبه اول، بار مکانیکی و حرارتی -
صفحات 27-38هدف از این مطالعه، کمیت بخشی به پارامترهای نامشخص طراحی و احتساب مستقیم اثرات پارامترهای نامعین در تحلیل سازه ای به منظور ارزیابی شاخص های قابلیت اعتماد می باشد. با این وجود اگر روش های قابلیت اعتماد با حل های متداول تحلیل سازه ای مرتبط نگردد، کمتر مورد استفاده قرار می گیرند. لذا ضروری است که این گونه روش ها با حل های اجزاء محدود ادغام گردند. برای این منظور در این مقاله، روشی جهت تعیین شاخص های قابلیت اعتماد بر مبنای روش تقریب مرتبه اول و دوم قابلیت اعتماد سازه ای همراه با نرم افزار جامع اجزاء محدود ارائه گردیده است. در این روش تابع حد حالت و گرادیان های ناشی از متغیرهای نامعین طراحی از مدل اجزاء محدود محاسبه می شوند. بدین ترتیب می توان بدون استفاده از تقریب هائی نظیر توابع پاسخ سطحی، مدل سازه ای را مستقیما مورد تحلیل قرار داد. ارزیابی الگوریتم ارائه شده براساس مکانیک شکست احتمالی و تعیین میزان انرژی شکست بین لایه ای در مواد همسانگرد و مرکب لایه ای انجام شده است و هدف از آن مطالعه اثرات پارامترهای نامشخص طراحی در حفظ یک پارچگی سازه های حاوی ترک بین لایه ای می باشد. نتایج نشان می دهد که فرض قطعی برای پارامترهای نامشخص خواص مکانیکی، طراحی غیرمحافظه کارانه را همراه خواهد داشت. همچنین در این مطالعه برای تعیین تابع توزیع فراوانی مدول الاستیسیته از نتایج تست کشش 26 نمونه فولادی 4340 با عمر تقویمی بیش از 35 سال استفاده شده که تحلیل های آماری حاصل از این نتایج، استفاده از تابع توزیع لگاریتمی نرمال را برای این ضریب در این نوع فولاد توصیه می نماید.
کلیدواژگان: قابلیت اعتماد، اجزاء محدود، تقریب مرتبه اول، تقریب مرتبه دوم، احتمال واماندگی -
رفتار غیر خطی سازه های مرکب تقویت شده با الیاف تحت بارگذاری سیکلی / قسمت اول: مطالعات آزمایشگاهیصفحات 39-49در این مقاله، رفتار برشی صفحات مرکب تقویت شده یک جهته از جنس شیشه/ اپوکسی مورد مطالعه قرار گرفته است. اطلاعات تجربی مواد در بارگذاری های سیکلی شامل بارگذاری، باربرداری، بارگذاری در جهت عکس، باربرداری از حالت بارگذاری عکس و درنهایت بارگذاری مجدد دارای اهمیت ویژه ای می باشد. در این مطالعه، از فیکسچر برشی ریلی سیکلی که مدل اصلاح شده فیکسچر سه ریلی استاندارد ASTM D 4255/D 4255 M می باشد، استفاده شده است. بعضی از آزمایشات تحت بار خستگی با سیکل کم مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج برش غیرخطی و سطح خرابی در این آزمایشات قابل توجه می باشد. در قسمت دوم مقاله، یک مدل جهت پیشگویی رفتار برشی مواد مرکب در هر قسمت از بارگذاری سیکلی از ابتدا تا مرحله شکست، ارائه شده است. مدل ارائه شده با نتایج تست مورد مقایسه قرار گرفته است. تطابق بسیار نزدیک بین تست و مدل در تمامی بخش ها مشاهده می گردد.
کلیدواژگان: مواد مرکب، برش غیرخطی، فیکسچر سه ریلی، بارگذاری سیکلی -
رفتار غیر خطی سازه های مرکب تقویت شده با الیاف تحت بارگذاری سیکلی / قسمت دوم: مدل غیر خطی برشی داخل صفحه برای مواد مرکب یک جهتهصفحات 51-63رفتار تنش برشی- کرنش برشی داخل صفحه برای مواد مرکب یک جهته به علت محدوده بسیار کم الاستیک خطی، بایستی غیرخطی موردبررسی قرار گیرد. این مقاله به ارائه یک مدل منطقی برای رفتار غیرخطی برشی می پردازد. در بخش اول این مقاله با انجام یک سری تست رفتار این مواد در برش در تمام محدوده سیکل بارگذاری از ابتدا تا شکست نشان داده شد. رفتار غیرخطی برشی در مواد مرکب، ترکیبی از الاستیک غیرخطی، ویسکوسیته، پلاستیسیته و خرابی های میکروسکپی بوده که بخشی از آن برگشت پذیر و بخشی دیگر ماندگار یا دائمی می-باشد. مدل ارائه شده در این مقاله قابل استفاده در هر فاز بارگذاری شامل بارگذاری، باربرداری، بارگذاری در جهت عکس، بار برداری از حالت بارگذاری در جهت عکس و در نهایت بارگذاری مجدد از ابتدا تا مرحله شکست می باشد. مدل ارائه شده با نتایج تست مورد مقایسه قرار گرفت. تطابق بسیار عالی در تمام محدوده بارگذاری سیکلی قابل مشاهده است.جهت کاربردی کردن این مدل در سازه های مختلف و عملی، مدل پیشنهادی به صورت یک کد در سابروتین UMAT از برنامه اجزا محدود ABAQUS نوشته و قابل استفاده در هر سازه ای جهت تحلیل اجزای محدود می باشد.
کلیدواژگان: غیرخطی برشی، مدل خرابی، تاریخچه بارگذاری، مواد مرکب -
صفحات 65-78در این مقاله، با استفاده از تئوری پوسته نازک فلوگه و هم چنین بهره جستن از یک مدل جدید ترکیب پوسته و شبکه منظم، کمانش خطی یک استوانه تقویت شده با شبکه منظم متساوی الاضلاع، تحت بار محوری مورد بررسی قرار گرفته است. پوسته و شبکه، ساخته شده از مواد همسانگرد فرض شده و دارای شرایط مرزی کلاسیک تکیه گاه ساده و گیردار است. در ابتدا، ماتریس سفتی مجموعه پوسته و شبکه منظم قرارگرفته بر روی پوسته، با استفاده از یک روش جدید به دست می آید. سپس، معادلات تعادل، بر اساس این ماتریس سفتی نوشته شده و درنهایت، با استفاده از روش کارآمد تفاضل مربعات، بار کمانش مجموعه به دست می آید. صحه سنجی نتایج با استفاده از یک مدل المان محدود، نشان از دقت بالای نتایج دارد. در پایان، تاثیر پارامترهای مختلف هندسی بر روی بار کمانش بررسی شده است.
کلیدواژگان: کمانش خطی، تئوری پوسته نازک فلوگه، پوسته های استوانه ای مشبک، بار محوری، روش تفاضل مربعات -
صفحات 79-93هدف اصلی از این تحقیق، تحلیل غیرخطی کمانش پوسته های استوانه ای از جنس مواد تابعی تحت بارگذاری مکانیکی به کمک روش رهایی پویا می باشد. خواص مکانیکی پوسته ی تابعی در جهت ضخامت و با استفاده از سه مدل توابع قانون توانی، نمایی و موری - تاناکا تعیین شده است. نسبت پواسون برای مدل های قانون توانی ساده و تابع نمایی ثابت درنظر گرفته شده است ولی در مدل موری– تاناکا تغییرات نسبت پواسون به صورت تابعی در راستای ضخامت تعیین شده است. معادلات غیرخطی با استفاده از تئوری تغییرشکل های برشی مرتبه اول و فرضیه تغییرشکل های بزرگ فون کارمن و به فرم نموی ارائه گردیده اند. برای حل معادلات غیرخطی نموی از روش رهایی پویا و اختلاف محدود استفاده شده است. به منظور اعتبار سنجی روش حل و نتایج تحلیل به مقایسه پاسخ های روش حل حاضر با گزارش های موجود در مقالات در زمینه پوسته های استوانه ای همسانگرد و همچنین نتایج حاصل از مدل سازی در نرم افزار آباکوس پرداخته شده است. در انتها اثرات پارامتر های مختلفی همچون شرایط مرزی گوناگون، توان ماده تابعی، نسبت شعاع به ضخامت، نسبت طول به شعاع و تغییرات نسبت پواسون در راستای ضخامت برای کمانش پوسته های استوانه ای مورد بررسی قرار گرفته است.
کلیدواژگان: کمانش، روش رهایی پویا، مواد تابعی، تئوری برشی مرتبه اول -
صفحات 95-106در این مقاله تحلیل کشش- خمش ورق ضخیم مستطیلی ساخته شده از مواد هدفمند براساس تئوری جدید مرتبه بالاتر تغییرشکل برشی و قائم که توسط باترا و ویدولی ارائه شد، صورت گرفته است. در این تئوری، هر دو اثر تغییرشکل برشی و قائم در راستای ضخامت لحاظ می شود، همچنین خیز ورق در امتداد ضخامت ثابت درنظر گرفته نمی شود. برای بیان خواص مکانیکی ماده هدفمند در امتداد ضخامت، از تابع توانی استفاده شده است. نتایج عددی براساس تئوری مرتبه اول تا پنجم تغییرشکل برشی و قائم به شکل جداول و نمودارها بیان شده اند. اثر خواص ماده هدفمند و پارامترهای هندسی ورق روی خیز و تنش ها در ضخامت و ابعاد مختلف ورق مورد بررسی قرار گرفته است. نشان داده می شود که این تئوری نه تنها برای ورق های نازک و نیمه ضخیم بلکه برای ورق های ضخیم هدفمند نیز نتایج بسیار دقیقی ارائه می کند.
کلیدواژگان: ورق هدفمند، ورق ضخیم، کشش، خمش، تئوری مرتبه بالاتر تغییرشکل برشی و قائم -
صفحات 107-119در این مقاله، تاثیر اندازه گشودگی دایروی، جهت الیاف و اندازه ی لبه تقویت کننده بر روی رفتار کمانشی صفحات کامپوزیتی به صورت تجربی و عددی بررسی می شود. نمونه ها دارای شرایط مرزی گیردار در لبه های L شکل و آزاد در دو لبه ی دیگر می باشند. در بخش تجربی، نمونه های L شکل شیشه- اپوکسی در حضور و عدم حضور گشودگی دایروی در سه لایه چینی مختلف تحت بارگذاری فشاری تک محوره قرار می گیرند و نیروهای کمانش و شکست آنها تعیین می گردند. در بخش دوم؛ تاثیر تغییر اندازه ی لبه تقویت کننده و اندازه گشودگی دایروی بر بار کمانش صفحات کامپوزیتی در چهار لایه چینی مختلف با همان خصوصیات مواد در قسمت تجربی، به روش حل عددی (انسیس 10) بررسی می گردد. نتایج نشان می دهد که ارتفاع بهینه ای برای لبه تقویت کننده در شرایط مختلف وجود دارد که افزایش آن، تنها منجر به افزایش وزن و هزینه شده و تاثیر چشم گیری بر بار کمانش ندارد.
کلیدواژگان: بار کمانش، شیشه اپوکسی، چندلایه کامپوزیتی، گشودگی دایروی
-
Pages 1-13This paper describes time-dependent stress and deformation redistribution response of thick–walled spherical vessels made of functionally graded materials (FGM) under radial temperature fields and an internal pressure. The material properties except poisson`s ratio are power functions of radius. Total strains are the sum of mechanical، thermal and creep strains. By using equations of equilibrium، stress-strain and strain-displacement as well as using Norton’s law for creep constitutive model and considering the Prandtl - Reuss relations the stress distributions at loading moment and their rates with respect to time are obtained. Time-dependent redistribution of stresses is calculated as the sum of stress distribution at loading moment and integral of stress rates. Radial temperature distribution، history of stresses، displacements، stress rates and the effect of temperature rise on creep evolution are reported in this paper. It is concluded that the influence of tangential stress variations is more notable than radial stress`s and the creep behavior is more significant at high temperature applications. Also by means of FGM materials one can build vessels so that after passing specified time from loading، the stresses and deformations stand at anticipated rates.Keywords: FGM Sphere, Stress Histories, Time, Dependent Creep
-
Pages 15-26In this paper thermoelastic behavior of a functionally graded material (FGM) conical shell with clamped edges condition is investigated. Material properties vary according to power law along the thickness direction. Thermo elastic properties of the shell are assumed to vary along the thickness by a power law distribution with Poisson ratio is held to be constant. By using first order shear deformation theory، strain-displacement relations and constitutive equations، governing differential equations can be derived in term of mid radius displacements and rotation. By using the differential quadrature method (DQM) the obtained governing equations can be solved. To validate the accuracy of the present procedure، numerical results were compared with those available in published literature. Finally the effect of gradient index، geometry dimension and thermo mechanical load on the bending behavior of conical shell is considered.Keywords: Conical Shell, FGM, DQ, FSDT, Thermal, Mechanical Load
-
Pages 27-38The objective of this study was quantified of uncertainty design parameters and included their effects explicitly in structural analysis for evaluated reliability indexes. On the other hand، structural reliability methods are of little use if they cannot be used in conjunction with the best available software for current structural analysis. Hence، it becomes very important to couple structural reliability algorithms with finite element analysis of structural problems. So in this research such coupling can be performed. It is used an algorithm for evaluation of first and second order approximation of reliability indexes based on the finite element programs. In this algorithm the limit state function and relative’s gradient of uncertainty parameters computed using finite element model. So structural model directly analyzed without any approximation such as response surface methodology. Based on the probability of fracture mechanics، strain energy release rate is evaluated for isotropic and composite material to demonstrate the application of the algorithm. In the paper also، the Young’s modulus probability distribution is determined for 26 steel samples with over the 35 service life years.Keywords: Reliability, Finite Element Method, First Order Approximation, Probability Failure
-
Shear Nonlinearity Behaviour of Fibrous Composites under Cyclic Loading / Part I: Experimental InvestigationPages 39-49This paper presents an experimental investigation of the shear behaviour of UD fibre glass epoxy under cyclic loading. Experimental data of such materials under loading cycles، involving loading، unloading، reversed loading، unloading from reversed loading and reloading، are essential. Cyclic rail shear fixture (CRSF) as a modified version of ASTM D 4255/D 4255 M fixture has been used in this study. Some specimens tested under low cycle fatigue loading. The results of nonlinearity and level of damage in these specimens are considerable. In part II، a model applies to any phase of the cyclic loading up to failure. The model has been compared with test results. Excellent agreements between the predic-tion and experimental results have been observed in all respects.Keywords: Fibrous Composites, Shear Non, Linearity, Three Rail Shear Fixture, Cyclic Loading
-
Shear Nonlinearity Behaviour of Fibrous Composites under Cyclic Loading / Part II: A Nonlinear in-plane Shear Model for UD CompositesPages 51-63The in-plane shear stress-strain relationship of UD fibre-reinforced composites is a well-known example in which nonline-arity behaviour plays a dominant role while the linear-elastic regime is relatively small. This paper describes a new phe-nomenological damage model for prediction of the shear behaviour. The observed nonlinear behaviour may well be the result of combined effects of nonlinear elasticity، viscosity، plasticity and microscopic damage and some of these processes in the material are irreversible in nature. The model applies to any phase of the cyclic loading، such as loading، unloading، reversed loading، unloading from reversed loading and reloading up to failure. The model has been compared with test results. Excellent agreements between the prediction and experimental results have been observed in all respects. In order to incorporate this nonlinear shear model in a comprehensive material model so that it can be applied in general structural analysis. A material user subroutine UMAT has been written for this model and all results obtained by this user subroutine via commercial finite element code ABAQUS.Keywords: Shear Non, Linearity, Damage Model, Load History, Fibrous Composites
-
Pages 65-78In this article، according to the thin shell theory of Flugge as well as using a new mathematical procedure، the linear buckling of waffle cylindrical shell under axial load is investigated. Skin and grids are composed of the same isotropic material and the classical boundary conditions of clamped and simply supported are considered. Firstly، using a new mathematical modeling، the structural stiffness matrix of skin and grids is obtained. Then، the equilibrium equations of the shell are derived based on the new stiffness matrix. Finally، these equations are solved using differential quadrature method. The results are compared by the finite element analyses. Comparative results reveal that the present procedure is very stable and accurate. Also، the effects of various geometrical parameters on the linear buckling loads are presented.Keywords: Linear Buckling, The Thin Shell Theory of Flugge, Waffle Cylindrical Shell, Differential Quadrature Method
-
Pages 79-93The main purpose of this study is to investigate nonlinear buckling analysis of Functionally Graded (FG) cylindrical shells under uniform axial compressive loads by dynamic relaxation (DR) method. The mechanical properties of shell vary continuously throughout the thickness direction according to the power-law، exponential function and the Mori-Tanaka distribution. The poisson’s ratio of the FG cylindrical shell is constant for power-law and exponential function. But in the Mori-Tanaka distribution variations of poisson''s ratio is determined as a function of the thickness direction. The incremental form of nonlinear formulations are based on first order shear deformation theory (FSDT) and large deflection von Karman equations. The DR method combined with the finite difference discretization technique is employed to solve the equilibrium equations. Some comparison study is carried out to compare the current solution with the results reported in the literature and the ones obtained by the Abaqus finite element software for the isotropic cylindrical shells. Finally، numerical results are presented for critical buckling load with various boundary conditions، grading indices، radius -to- thickness ratio، length -to- radius ratio and variation of poisson’s ratio.Keywords: Buckling, Dynamic Relaxation Method, Functionally Graded Material, Fisrt Order Shear Deformation Theory
-
Pages 95-106In this article, bending-stretching analysis of thick rectangular plate made of functionally graded material has been investigated based on higher order shear and normal deformable theory which was introduced by Batra and Vilodi. In this theory, both shear and normal deformation effects in the thickness direction are considered. Also, the deflection of plate is not considered as a constant in the thickness direction. A power law function is used to describe the mechanical properties of the functionally graded plate. The numerical results have been presented for first to fifth order shear and normal deformable theory in tables and diagrams. The effects of functionally graded material properties on deflection and stresses of plate have been studied for various thickness and dimensions of the plate. It is shown that this theory gives accurate results not only for thin and moderately thick plates, but also for functionally graded thick plates.Keywords: Functionally Graded Plate, Thick Plate, Stretching, Bending, Higher, Order Shear, Normal Deformable Plate Theory
-
Pages 107-119In this article the effect of circular cutout size، fiber orientation، and reinforcer edge size on buckling behavior of composite plates is investigated by experimental and numerical. Samples have clamped boundary conditions on L-shaped edges and free on other two sides. In the experimental method، the E-glass/epoxy L-shaped samples with and without circular cutout is applied in three different lay-up under uni-axial compression. Then the buckling and failure loads will be recognized. In the second method، according to numerical method (Ansys 10)، the effect of reinforcer edge size changing and size of circular cutout on composite plate buckling in four different lay-ups with the same experimental materials properties is investigated. The results show that there is the optimum height for reinforcer edge during different conditions that increasing this size just causes the extra weight and cost and does not have a good effect on buckling load.Keywords: Buckling Load, E, Glass, Epoxy, Composite Laminate, Circular Cutout
©2000-2024 magiran.com All Rights Reserved.