در این پایان نامه، رفتار سازه های لانه زنبوری پر شده از فوم پلی اورتان، در مقابل بار های ضربه ایی و استاتیکی بررسی شده است.در بحث استاتیکی، یک رابطه تجربی جهت پیش بینی انرژی جذب شده سازه در طی مچالگی محوری پانل ارائه شده است. سپس تست هایی توسط دستگاه کشش- فشار بر روی لانه زنبورهای تو خالی و پر شده از فوم با دانسیته های مختلف و لانه زنبوری با اندازه سلول های متفاوت صورت گرفته است.در بخش حد بالستیک، با استفاده از انرژی های تلف شده در طی نفوذ و تاثیر نرخ کرنش،رابطه سرعت حد بالستیک لانه زنبوری های پر شده از فوم، بیان شده است در ادامه با استفاده از دستگاه تفنگ گازی تست هایی بر روی لانه زنبوری های توخالی و پر شده از فوم صورت گرفته است.در این تست ها از 4 گلوله با مشخصات هندسی متمایز و 2 نوع فوم پلی اورتان استفاده گردیده است. رابطه تئوری انرژی جذب شده پانل در حالت استاتیکی ورابطه سرعت حد بالستیک ، همپوشانی خوبی با نتایج تجربی این مطالعه و دیگر محققین نشان دادند. اثر پر کردن پانل ها از فوم پلی اورتان در جذب انرژی در حالت استاتیکی و بالستیک و ناحیه آسیب دیده در ضربه بالستیک نیز بررسی شده است.

در این پایان نامه به بررسی رفتار چین خوردگی ستون های جدار نازک دایروی ساده و شیاردار و ستون های جدار نازک با سطح مقطع مربعی و مستطیلی در دو حالت توخالی و پر شده از فوم پلی اورتان تحت بارگذاری فشار محوری پرداخته می شود. روابطی تئوری بر اساس روش انرژی و قانون پایستگی انرژی برای پیش بینی نیروی متوسط چین خوردگی، کل انرژی جذب شده بر واحد طول لوله, کل انرژی جذب شده بر واحد جرم لوله (جذب انرژی مخصوص), نیروی چین خوردگی و جذب انرژی بصورت لحظه ای در لوله های شیاردار توخالی و پر شده از فوم ارائه می شود. همچنین روابطی تئوری برای نیروی چین خوردگی و جذب انرژی بصورت لحظه ای و نیروی بیشینه لازم برای آغاز کمانش موضعی در ستون های چهارگوش توخالی و پرشده ار فوم پیش بینی می شود. در تمام ستون های جدارنازک پرشده از فوم با سطح مقطع دایروی و چهارگوش تحت بارگذاری محوری اثر متقابل بین فوم و جداره داخلی ستون در نظر گرفته می شود. طی فرآیند چین خوردگی، مدل تئوری جدیدی برای تغییر شکل فوم پلی اورتان پرکننده درون لوله شیاردار ارائه می شود. همچنین در روابط تئوری طول موج چین خوردگی در ستون های چهارگوش توخالی و پر شده از فوم حین فرآیند چین خوردگی ثابت در نظر گرفته می شود. لوله های ساده و شیاردار دایروی و ستون های چهارگوش در دو حالت توخالی و پر شده از فوم آماده شدند و تحت بارگذاری محوری شبه استاتیکی قرار گرفتند و نمودار آزمایشگاهی نیروی چین خوردگی و انرژی جذب شده بر حسب تغییر مکان محوری بدست آمد. مقایسه بین پیش بینی های تئوری و نتایج آزمایشگاهی دقت قابل قبول و مطابقت خوبی را نشان می دهد. همچنین جذب انرژی و نیروی چین خوردگی لوله های ساده و شیاردار دایروی در دو حالت توخالی و پر شده از فوم مورد بررسی آزمایشگاهی قرار می گیرد و مشخص می شود که لوله های شیاردار توخالی و توپر در فاصله بین شیار بحرانی کمترین جذب انرژی را دارند و در طراحی یک جاذب انرژی توسط لوله های شیاردار, فاصله بین شیار برای دستیابی به ظرفیت جذب انرژی بالا باید به اندازه کافی دور از فاصله بین شیار بحرانی انتخاب شود.

تجهیزات متنوعی در نیروگاه ها، صنایع هوافضا و پتروشیمی هستند، که احتمال وقوع پدیده خزش در آن ها وجود دارد. پدیده خزش تغییر شکل آرامی است که ممکن است باعث گسیختگی، شکست و از هم پاشیدگی تجهیزات گردد. از این رو، بررسی این تنش ها با توجه به کارآمد بودن قطعات و تجهیزات، دارای اهمیت می باشد. از پرکاربردترین این تجهیزات در صنایع امروز پوسته های استوانه ای و کروی هستند. مواد هدفمند fg که خواص آنها به صورت تابعی تغییر می کنند، به دلیل پیوستگی موجود در خواص مکانیکی، حرارتی و مغناطیسی، تنش ها و گرادیان آنها حالت پیوسته ای پیدا می کنند که باعث استحکام ماده می شوند. در این پایان نامه به تحلیل خزش در حالت دائمی برای پوسته های استوانه ای دوار و غیر دوار و همچنین پوسته های کروی جدار ضخیم که تحت فشار داخلی و خارجی هستند، با در نظر گرفتن کرنش های کوچک پرداخته شده است. در تحلیل انجام شده جنس پوسته ها برای حالت های همگن و ناهمگن (مواد هدفمند fg) در نظر گرفته شده و تأثیرات fg بودن آن ها بر روند خزش بررسی گردیده است. در ضمن اثر کرنش های بزرگ روی تنش های خزشی برای حالت همگن در این پایان نامه به عنوان فعالیت تکمیلی پژوهشی آورده شده است. در تحلیل انجام شده از رابطه ی نورتون استفاده شده است و تمامی پوسته ها تحت فشار داخلی و خارجی ثابت فرض می شوند. تغییرات خواص ماده ناهمگنfg به صورت تابع توانی در نظر گرفته می شود. استوانه ی دوار با سرعت ثابت دوران می کند. در نهایت نتایج مربوطه به صورت نمودارهایی ارائه داده شده است. نتایج پوسته ی استوانه ای همگن غیردوار با نتایج مقاله ی یو و همکاران مقایسه شده است. اثر تغییر ضریب ناهمگنی بر روی کرنش و تنش ها بررسی و با حالت همگن مقایسه شده است. در خصوص حالت همگن، نتایج در دو حالت کرنش های کوچک و بزرگ مورد مقایسه قرار گرفته اند. در این بررسی تأثیر بسزای ضریب ناهمگنی بر روند خزش و تنش ها قابل مشاهده است.

کشف نانو لوله های کربنی در سال 1991 میلادی، دریچه ای جدید را به سوی موادی با خواص منحصر- بفرد گشوده است. نانو لوله های کربنی به خاطر ویژگی هایی چون استحکام و انعطاف پذیری بالا، مقاومت کششی بالا، رسانای الکتریکی و گرمایی مناسب در جهت طولی و عایق در جهت شعاعی و بسیاری خواص دیگر، به عنوان موادی پرکاربرد شناخته شده اند. بنابراین بررسی رفتار آن ها در حوزه های مختلف امری ضروری می باشد که یکی از این حوزه ها بررسی محدوده پایداری نانو لوله ها در مقابل بارهای وارده و پدیده کمانش می باشد. در پژوهش حاضر با استفاده از روش المان محدود (نرم افزار المان محدود ansys)، به مدل سازی نانولوله های کربنی تک جداره و دو جداره پرداخته شده است. مدل به کار رفته یک مدل ساختاری به شکل یک پوسته متخلخل می باشد. نانو لوله های تک جداره از نوع زیگزاگ (0و12) و (0و21) انتخاب شده و در وضعیت های سالم و دارای عیوب مختلف مدل شده اند. سپس در معرض بارگذاری های خالص و ترکیبی (محوری، پیچشی و حرارتی) واقع شده اند. در این تحلیل، از یک سو، اثر نسبت دید، طول و قطر نانو لوله و از سوی دیگر اثر نوع، تعداد و مکان عیوب روی مقدار بارهای بحرانی کمانش بررسی شده است. با به دست آوردن بارهای بحرانی کمانش در هر قسمت، بحرانی ترین نانو لوله ها در حالت تک جداره مشخص شده و به دنبال آن، نانو لوله دو جداره تشکیل شده از این نانو لوله های تک جداره، مدل سازی شده است. این نانو لوله دو جداره نیز در وضعیت های سالم و معیوب، تحت بارگذاری های خالص و ترکیبی (محوری، پیچشی و حرارتی) تحلیل شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهند که در حالت کلی نانو لوله های دو جداره، استحکام بیشتری را نسبت به تک جداره از خود نشان می دهند، همچنین با افزایش نسبت دید، قطر و طول نانو لوله ها، بارهای بحرانی کاهش می یابند و افزایش تعداد عیوب باعث کاهش استحکام نانو لوله ها می گردد. در انتها با استفاده از نتایج مطالعات علمی پیشین و نتایج به دست آمده از پژوهش حاضر، پیشنهادهایی جهت تحقیق های آینده داده شده است.

در این پایان نامه، با ارائه اولین مدل تغییرشکل تئوری برای فرآیند وارونگی فروستاهای فلزی، روابطی برای تخمین نیروی محوری لحظه ای برحسب تغییر مکان محوری استخراج می شود. سپس، با انجام تست های تجربی بر روی فروستاهایی با مشخصات هندسی و مادی مختلف، تحلیل تئوری ارائه شده، ارزیابی و صحت سنجی می شود. سپس اثر پرکننده فوم پلی اورتان بر رفتار جذب انرژی فروستاهای فلزی به روش تجربی مطالعه می شود. درضمن با انجام یک سری آزمایش، جذب انرژی فروستا تحت دو الگوی تغییرشکل متفاوت شامل چین خوردگی و وارونگی بررسی می شود. در ادامه، ایده ساخت نمونه کاربردی جاذب انرژی مخروطی با تغییرشکل پلاستیک برگشت پذیر که نتیجه دقت در تحلیل های تئوری و تجربی انجام شده بر روی فرآیند وارونگی فروستاهای فلزی است، بررسی می شود.در پایان، با استفاده از اندازه گیری های آزمایشگاهی که بر روی لوله های کامپوزیتی با سطح مقطع دایره ای در دو حالت توخالی و پر شده از دو نوع تفلون پلی اورتان و پلی اتیلن انجام شده است، اثر پرکننده و مشخصات مادی و هندسی نمونه ها بر مقدار نیروی جانبی، ظرفیت جذب انرژی، جذب انرژی مخصوص و الگوی تغییرشکل لوله های کامپوزیتی تحت بارگذاری فشار جانبی بین دو صفحه صلب تخت در شرایط شبه-استاتیکی بررسی می شوند.رر

این پژوهش به مطالعه فرآیند پهن شدگی جانبی ستون های فلزی با مقطع شش گوش تحت فشارجانبی در دو حالت توخالی و پرشده از فوم پلی اورتان بین دو صفحه صلب مسطح می پردازد. میزان انرژی جذب شده و نیروی لحظه ای لازم برای ایجاد تغییرشکل های الاستیک و پلاستیک در ستون های شش گوش قرار گرفته بین دو صفحه صلب تحت بارگذاری جانبی شبه استاتیکی به روش های تئوری و تجربی در هر دو حالت توخالی و پرشده از فوم پلی اورتان، بررسی می شود. در روش تئوری، محاسبات با ارائه یک مدل جدید تغییرشکل و با استفاده از روش انرژی انجام می شود. در روش تجربی نیز با انجام آزمایش های متعدد، پدیده فشارجانبی شبه استاتیکی بر روی نمونه های فلزی با سطح مقطع شش ضلعی مطالعه می شود و سپس صحت و دقت روابط تئوری ارائه شده بررسی می گردد. در ضمن، با مقایسه نتایج حاصل از آزمایش های فشار جانبی بر روی نمونه های شش گوش، اثر ضخامت جداره دیواره ستون، طول ستون، طول هر ضلع سطح مقطع ستون، و نیز اثر پرکننده فوم پلی اورتان و میزان تنش مسطح آن بر رفتار جذب انرژی این سازه بررسی می شود. علاوه بر این، فرآیند تشکیل یک چین کامل در لوله های فلزی مقید به دو پانچ صلب تحت بارگذاری محوری شبه استاتیکی نیز، بصورت تئوری و تجربی بررسی می شود. هدف از انجام این بخش از پژوهش، ارائه راهکاری عملی برای شکل دهی یک چین کامل در لوله های فلزی با سطح مقطع دایره ای با یک طول موج چین خوردگی مشخص و از پیش تعیین شده است. بدین منظور، در بررسی فرآیند تشکیل یک چین کامل در لوله های فلزی مقید به دو پانچ صلب تحت بار محوری، از پرکننده تفلون pvc استفاده شده است.

در بسیاری از سازه های مهندسی و به خصوص سیستم های متحرک، جهت جلوگیری یا کاهش خسارات ناشی از برخورد و تصادف، از سیستم های جاذب انرژی استفاده می شود. امروزه، سیستم های جاذب انرژی ناشی از برخورد، به اشکال متفاوتی ساخته و مورد استفاده قرار می گیرند که از رایج ترین نوع آنها، می توان به سازه های جدار نازک اشاره کرد. جاذب انرژی، به سیستم هایی گفته می شود که بخشی یا تمام انرژی جنبشی ضربه زننده را به انواع دیگر انرژی تبدیل می کنند. جاذب های انرژی بر اساس نوع کاربرد، شرایط کارکرد و موارد مورد استفاده، به صورت های مختلفی دسته بندی می شوند. در حالت کلی، می توان آنها را به دو نوع بازگشت پذیر و بازگشت ناپذیر دسته بندی نمود. با توجه به کاربرد و اهمیت جاذب های انرژی در صنایع مختلف، در این پژوهش، تحلیل تئوری و تجربی پدیده های انبساط و انقباض در ستون های جدار نازک با سطح مقطع دایروی، صورت گرفته است. در این پایان نامه، انبساط لوله های دایروی شکل با استفاده از پانچ مخروطی- استوانه ای و همچنین انقباض لوله های دایروی شکل با استفاده از پانچ مخروطی- استوانه ای از روش تحلیلی و با استفاده از روش انرژی بررسی شده است. همچنین در این مطالعه، محاسبه میزان جذب انرژی و تغییرات نیروی محوری در لوله های دایروی به صورت لحظه ای بر حسب جا به جایی محوری به روش تحلیلی انجام شده است و نتایج آن، منجر به ارائه یک مدل تحلیلی و روابط تحلیلی جدید شده است. برخی از نتایج به دست آمده در این مطالعه بدین صورت است: در هر دو مکانیزم انبساط و انقباض نشان داده شد که با بالا بردن زاویه قسمت مخروطی شکل پانچ، مقدار نیروی ثابت و در نتیجه میزان جذب انرژی توسط سازه افزایش می یابد. رابطه تحلیلی به دست آمده برای تخمین نیروی محوری ثابت در فرایند های انبساط و انقباض بر روی لوله های فلزی نشان می دهد که این نیرو، به جنس لوله، ضخامت دیواره و شعاع داخلی لوله و همچنین به مشخصات هندسی پانچ، وابسته است. برای افزایش جذب انرژی لوله طی فرایند انبساط، استفاده از پانچ هایی که شعاع قسمت استوانه ای بزرگ تری دارند، گزینه مناسبی است. برای افزایش جذب انرژی لوله طی فرایند انقباض، استفاده از پانچ هایی که شعاع قسمت استوانه ای کوچک تری دارند، گزینه مناسبی است.

این پژوهش به مطالعه ی فرآیند پهن شدگی جانبی در لوله های فلزی و کامپوزیتی جدارنازک توخالی و پرشده از فوم پلی اورتان و لاستیک تحت فشار جانبی بین دو صفحه ی صلب مسطح می پردازد. میزان جذب انرژی لوله ها با مقاطع و جنس های مختلف قرار گرفته بین دو صفحه ی صلب تحت بارگذاری جانبی شبه استاتیکی به روش های تئوری و تجربی بررسی می شود. در روش تئوری، محاسبات با ارائه یک مدل جدید تغییرشکل برای لوله های کامپوزیتی و با استفاده از روش انرژی انجام می شود. در روش تجربی، روشی نوین جهت ساخت ستون های کامپوزیتی با مقاطع مختلف ارائه شده و با انجام آزمایش های متعدد فشار جانبی در حالت شبه استاتیکی بر روی نمونه ها، نتایج بررسی می شوند و سپس صحت و دقت روابط تئوری ارائه شده بررسی می گردد. علاوه براین، در این پایان نامه، ایده های استفاده از: پرکننده ی فوم پلی اورتان درون لوله های کامپوزیتی، لوله های فلزی با لایه های محیطی کامپوزیتی، ستون های کامپوزیتی با مقاطع مختلف، پرکننده های لاستیک پلیمری درون لوله های فلزی و ایجاد شیار اولیه برروی سازه ها طی فرآیند پهن شدگی جانبی برای اولین بار به انجام می رسند.

این پژوهش به مطالعه فرآیند گسیختگی محوری در لوله های فلزی جدارنازک توخالی همراه با ناپیوستگی هندسی و پرشده از لاستیک طبیعی و ستونهای کامپوزیتی با سطح مقطع های مختلف تحت بارگذاری فشار محوری شبه استاتیکی به روشهای تجربی و عددی می پردازد و تغییر شکل و میزان جذب انرژی آنها بررسی می شود. در بخش تجربی، به منظور حذف محدودیتهای این فرآیند و افزایش میزان جذب انرژی سه روش نوین ارائه شده است: در روش اول از لاستیک طبیعی به عنوان پرکننده با سختی شور متفاوت به منظور حذف قالب فولادی و کاهش جرم کل و افزایش میزان جذب انرژی نسبت به نمونه های توخالی استفاده شده است. در روش دوم ستونهای کامپوزیتی توخالی ساخته شده از الیاف شیشه و رزین وینیل استر یا پلی استر با مقاطع دایره ای و چندگوش منتظم با استفاده از تکنیک لایه پیچی دستی به دور قالبهای یونولیتی که با روش هات وایر ساخته میشوند استفاده می گردند و فرآیند گسیختگی محوری با استفاده از قالبهای چند ضلعی آلومینیومی به منظور حذف شیار اولیه و کاهش جرم قالب بررسی میگردد. در روش سوم نیز فرآیند گسیختگی محوری با استفاده از ناپیوستگی هندسی به صورت چندین شکاف اولیه نازک برروی سازه به وسیله وایرکات به منظور حذف قالب مورد بررسی قرار میگیرد. همچنین، تأثیر پارامترهای هندسی موثر در تمامی روشهای فوق بر میزان جذب انرژی مورد بررسی قرار میگیرد. علاوه بر این، در این پایان نامه، مدل تغییر شکل و صحت میزان جذب انرژی لوله هایی با شکاف اولیه به صورت عددی شبیه سازی شده است.