به علت خواص فیزیکی و مکانیکی ممتاز و یگانه نانولوله های کربنی امروزه از آنها به عنوان یک تقویت کننده ایده آل برای کامپوزیت هایی با استحکام بالا و چگالی پایین استفاده می شوند. در این تحقیق به بررسی پایداری پیچشی مخزن استوانه ای جدار نازک از جنس نانوکامپوزیت پلیمری تقویت شده با نانولوله های کربنی تک جداره پرداخته ایم. جهت تحلیل سازه معادلات تعادل را با استفاده از اصل حداقل انرژی پتانسیل بدست آورده ، و معادلات کرنش-تغییر مکان را با استفاده از روابط غیر خطی دانل و تئوری برشی مرتبه سوم سازه های کامپوزیتی که در آن جابجایی ها غیر خطی و از مرتبه سه فرض گردیده است به دست آورده ایم. با فرض رفتار الاستیک، نانوکامپوزیت از قانون هوک پیروی می کند و جهت تعیین درایه های ماتریس سختی، ضرایب الاستیک نانوکامپوزیت را براساس مدل میکرومکانیکی بدست آورده ایم. با مدل میکرومکانیکی مواردی شامل نانولوله های کربنی مستقیم و منظم، نانولوله های کربنی با جایگیری تصادفی و نیز دو مدل انباشتگی را با در نظر گرفتن اثر کسر حجمی مورد بررسی قرار داده ایم. در نهایت با استفاده از روش المان محدود و تئوری غیر خطی عمومی (روش بودیانسکی) بار بحرانی کمانش پیچشی سازه را برای نسبت های مختلف شعاع به ضخامت، طول به شعاع، کسرحجمی از نانولوله، پارامترهای انباشتگی و زاویه چیدمان نانولوله در پلیمر بدست آورده ایم. نتایج حاصله نشان می دهد برای هندسه های یکسان پایدارترین حالت سازه هنگامی رخ می دهد که سازه از کامپوزیت چند لایه ساخته شود و برای بهبود رفتار پایداری سازه های تک لایه باید زاویه چیدمان نانولوله ها اختلاف کمتری با راستای محور استوانه داشته باشد. با افزودن درصدکمی نانولوله به پلیمر نیز، سازه بار بحرانی پیچشی بیشتری را تحمل می نماید اما باید کسر حجمی نانولوله از حد مجازی کمتر نباشد. با در نظر گرفتن اثر دو پارامتر انباشتگی هنگام جایگیری تصادفی نانولوله ها در پلیمر مشخص گردید که هر چقدر نانولوله در پلیمر یکنواخت تر توزیع گردد سازه رفتار پایدارتری خواهد داشت. اثر نقایص هندسی اولیه را بصورت تابعی در روابط سینماتیکی اعمال کرده ایم و هرچند با افزایش دامنه نقص اولیه، پوسته بار بحرانی کمتری را تحمل می نماید اما تاثیری چندانی در ناپایداری پیچشی سازه استوانه ای ندارد.

در این تحقیق پایداری الاستیک پوسته استوانه ای کامپوزیتی تقویت شده با نانو لوله های کربنی با تکیه گاه های ساده و گیردار در دو طرف به روش تحلیلی مورد بررسی قرار گرفته است. جهت تحلیل سازه، معادلات تعادلی را با استفاده از اصل حداقل انرژی پتانسیل بدست آورده ایم. در حل تحلیلی از روابط غیر خطی دانل و تئوری کلاسیک پوسته های کامپوزیتی استفاده شده است. برای مدل سازی و تعیین ویژگی های مکانیکی معادل کامپوزیت تقویت شده با نانو لوله کربنی، مدل های میکرومکانیک مختلفی به کار رفته است. نزدیکترین مدل میکرومکانیکی به نتایج تجربی، مدل میکرومکانیکی جدایی درسطح مشترک نانو لوله و پلیمر است که در این پایان نامه از این روش استفاده شده است. اتصال در سطح مشترک نانو لوله و پلیمر ضعیف بوده و در اثر اعمال بار جدایی در سطح مشترک ایجاد می شود و تنها نیروی موثر در جذب نانو لوله و پلیمر در سطح مشترکشان، نیروی واندروالس است، بنابراین به بررسی اثر نیرو های واندروالس در سطح مشترک پرداخته ایم. علاوه بر این در این پایان نامه اثر تغییر در زاویه قرار گیری الیاف نسبت به محور استوانه، اثر افزایش درصد حجمی الیاف درون پلیمر، اثر تغییر در نسبت طول به شعاع پوسته و تغییر در ضخامت پوسته در پایداری پوسته کامپوزیتی مورد بررسی قرار گرفته است.

تغیرات درجه حرارت یا مقدار رطوبت در چند لایه ها، سبب ایجاد تغییر شکل در ابعاد جسم، متناسب با تغییرات دما یا تغییرات رطوبت موجود در جسم می شود و در نتیجه در جسم باعث به وجود آمدن کرنش های حرارتی و رطوبتی می گردد. همچنین تغیرات درجه حرارت یا درصد رطوبت در چند لایه ها، باعث تغیر در استحکام شکست و مدول گردیده و سبب ایجاد یک سری تنش های پسماند می نماید که لازم است به صورت همزمان در محاسبات تنش بارهای مکانیکی لحاظ گردند. در این تحقیق، تغییرات استحکام شکست، مدول و تنش های پسماند چند لایه های کامپوزیتی پایه پلیمری تحت بارگذاری حرارتی سیکلی مورد برسی قرار گرفته است. تنش-های پسمانددر قطعات کامپوزیتی در اثر فرآیند ساخت و یا ترکیب دو یا چند ماده یا لایه با خواص مواد یا جهات لایه چینی مختلف بوجود می آیند. بنابراین، هر نوع قطعه کامپوزیتی به نوعی توسط این تنش ها تحت تأثیر واقع می گردد، ولی شدت و ضعف مقادیر این تنش ها بسته به نوع مواد، درجه حرارت پخت، بارگذاری حرارتی و عوامل موثر بر فرآیند ساخت قطعات نظیر فشار و یا سرعت خنک کاری، تغییر می کند. تغییرات استحکام، مدول و تنش-های پسماند وابسته به تعداد سیکل حرارتی، اختلاف دمای سیکل های حرارتی اعمال شده و دمای مرجع دارد که مقادیر عددی آن با استفاده از روش آزمایشی بدست آمده اند. چند لایه های متعامد و شبه ایزوتروپ که با استفاده از لایه های شیشه/ اپوکسی به روش چیدمان دستی ساخته شده اند، تحت بارگذاری حرارتی سیکلی قرار داده، و پس از آن مورد تحلیل و آزمایش قرار گرفته است. همچنین در این تحقیق خواص مواد ثابت نبوده و با اعمال بارگذاری حرارتی سیکلی ثوابت الاستیک ماده و خواص شکست نمونه ها تغییر می کند. برای اعمال بارگذاری حرارتی سیکلی بر روی نمونه های کامپوزیتی پایه پلیمری، یک دستگاهی ساخته شده است که می تواند بارهای حرارتی سیکلی را با اختلاف دمای قابل تنظیم و همچنین تعداد سیکل های دلخواه به نمونه ها اعمال کند. با توجه به نتایج آزمایشی برای استحکام و مدول، مدلی ارائه خواهد شد که با بالاترین دقت تغییرات استحکام و مدول را با افزایش تعداد سیکل های حرارتی نشان خواهد داد.

در این تحقیق تحلیل ارتعاشات غیر خطی و مود کمانشی یک میکروتیوب نازک کامپوزیتی پلیمری هوشمند تقویت شده با نانولوله های تک جداره نیترید بور، واقع بر بستر الاستیک تحت جریان سیال مورد بررسی قرار می گیرد. جریان سیال عبوری از میکروتیوب غیر قابل تراکم، لزج، غیر چرخشی و ایزنتروپیک فرض می شود. با استفاده از روش میکرومکانیک، معادلات ساختاری نانوکامپوزیت برای یک المان حجمی نمونه بدست می آید و با در نظر گرفتن میدان الکتریکی یک جهته و تنش صفحه ای در راستای این میدان، روابط ساختاری در مختصات استوانه ای برای میکروتیوب حاصل می شود. میکروتیوب به عنوان پوسته جدارنازک فرض می شود و از تئوری غیرخطی دانل برای تحلیل استفاده می شود. مدلسازی دینامیکی سیال با استفاده از تابع اسکالر پتانسیل جریان صورت می گیرد و برای بررسی اثر لزجت از معادلات ناویر استوکس استفاده می شود. به دلیل غیر خطی بودن این تحقیق، روش بسط مودها برای مولفه های جابجایی و پتانسیل الکتریکی بکار گرفته و از معادله حرکت لاگرانژ برای بدست آوردن معادلات حرکت سیستم استفاده می شود. جنبه های مختلف اثر سرعت محوری سیال و عوامل مختلفی چون مقیاس کوچک، محیط الاستیک، لزجت، تغییر دما و تقویت روی فرکانس مورد بررسی قرار می گیرد. همچنین اثر تحلیل غیرخطی و اعتبار تحلیل خطی ارزیابی می شود.

این تحقیق تلاش خود را به ارتقای کیفی کامپوزیت های چند لایه به منظور افزایش تحمل کمانش و کاهش تنش های پسماند معطوف ساخته است. در ابتدا به بررسی روابط تحلیلی برای محاسبه کمانش در انواع بارگذاری ها بر روی کامپوزیت چند لایه پرداخته شده است و به کمک نرم افزار تحلیل المان محدود ansys مقایسه ای میان کامپوزیت ها و فلزات جهت تحمل کمانش صورت گرفته است. فرآیند بهینه سازی کمانش به کمک الگوریتم ژنتیک تحقق یافته و بدین منظور برای محاسبه تابع هدف، از رابطه تحلیلی برای مدل چهار وجهی و روش سطح پاسخ برای مدل استوانه ای استفاده شده است. تغییر در حد تحمل کمانش با تغییر در چیدمان الیاف کامپوزیت چند لایه صورت گرفته است. هم چنین دقت روش محاسباتی مورد ارزیابی قرار گرفته و به نتایج قابل قبول آن اشاره شده است. پس از بهینه سازی به کمک نرم افزار متلب، نتایج بهینه با نمونه های اولیه مورد مقایسه قرار گرفته است. در خصوص بهینه سازی تنشهای پسماند، ابتدا به شرح ایجاد تنش پسماند در کامپوزیتها پرداخته شده و به کمک روابط تحلیلی به محاسبه آن در کامپوزیت های چند لایه ی متقارن پرداخته شده است. در ادامه به کمک الگوریتم ژنتیک، تنشهای پسماند به عنوان تابع هدف در این الگوریتم تعریف شده و با تغییر در چیدمان الیاف فرآیند بهینه سازی به کمک نرم افزار متلب صورت گرفته است. در انتها نتایج بهینه با نمونه های اولیه مورد مقایسه قرار گرفته است.

در این پایان نامه ارتعاشات غیر خطی یک تیر کامپوزیتی تحت کرنش محدود با شرایط تکیه گاهی مختلف مورد بررسی قرار گرفته است . در ابتدا با استفاده از اصل هامیلتون معادله حرکت و شرایط مرزی تیر بدست آمده و سپس با استفاده از روش گلرکین متغیر زمان حذف شده و به یک مساله مقدار ویزه غیر خطی تبدیل می شود ، در پایان با استفاده از روش دیفرانسیل مربعی حل شده و نتایج مورد بحث قرار گرفته شده است .در پایان با استفاده از روش دیفرانسیل مربعی حل شده و نتایج مورد بحث قرار گرفته شده است.

در این تحقیق رفتار خزشی کامپوزیت های تک لایه و چندلایه مطالعه شده و اثرات دما، تنش و زاویه چیدمان الیاف در عمر خزشی کامپوزیت مطالعه شده است. برای مدل سازی کامپوزیت، آن را به صورت یک ماده ویسکوالاستیک غیرخطی فرض نموده است و از دو مدل ساختاری شپری و مدل شبیه ساز برگر برای توصیف رفتار آنها کمک گرفته شده است. در توسعه روش انتگرال یگانه شپری اثرات دما و تنش با دو پارامتر غیرخطی بیان شد و مقادیر آنها با استفاده از نتایج آزمایشی به دست آمد. در تعمیم روش برگر اثرات دما، تنش و زاویه با چهار پارامتر غیر خطی مدل سازی شده است و مقادیر این ضرایب بیان گردید. پارامترهای غیرخطی روش انتگرالی شپری در کامپوزیت های تک لایه و چندلایه توابع چند جمله ای درجه یک و درجه دو تنش و دما می باشند. همچنین پارامترهای چهارگانه برگر نیز در کامپوزیت های تک لایه تابع نمایی زاویه چیدمان هستند، در حالی که در کامپوزیت های چندلایه این وابستگی به زاویه به صورت چند جمله ای درجه دو می باشد. در پایان نتایج آزمایشی توسعه دو مدل شپری و برگر که در این تحقیق انجام شد، مقایسه گردید و دقت بیشتر مدل توسعه داده شده روش انتگرال یگانه شپری نسبت به تعمیم مدل برگر مورد تصدیق قرار گرفت.

در این تحقیق طراحی، تحلیل و بهینه سازی یک پروانه دریایی از جنس فلز و کامپوزیت انجام شده است. ابتدا هندسه این پروانه به کمک نرم افزار prpcad که مخصوص طراحی پروانه می باشد، ایجاد و اصلاحات لازم روی هندسه انجام شده است. سپس بارگذاری مربوط به این پروانه توسط یک تحلیل هیدرودینامیکی در نرم افزار fluent تعیین شد. در مرحله بعد تحلیل یک مدل فولادی تحت بارگذاری تعیین شده، انجام و نتایج مربوط به تغییر شکل و تنش های ایجاد شده در مدل استخراج گردیده است. سپس مدل کامپوزیتی با هندسه مشابه با هندسه فلزی در چند بخش هاب فلزی، مغزی فوم برای پره ها و پره های از جنس الیاف شیشه و رزین اپوکسی ایجاد و طراحی چیدمان کامپوزیتی به صورت مجزا روی لایه ها و هاب انجام شده است. در ادامه، تحلیل های مربوط به مدل کامپوزیتی انجام و نتایج مربوطه از جمله تغییر شکل و ضریب اطمینان تسای- وو برای لایه های مختلف به دست آمده است. با تغییر چیدمان الیاف و به کمک روش سطح پاسخ و با استفاده از الگوریتم ژنتیک، چیدمان بهینه برای پره ها تعیین و مدل کامپوزیتی مجدداً تحلیل می شود. در پایان نتایج مربوط به مدل فلزی و کامپوزیتی مقایسه و کاهش وزن مدل کامپوزیتی نسبت به مدل فلزی در نسبت استحکام و تغییر شکل مشابه نشان داده شده است.

شناخت و توسعه مواد جدید با قابلیت های بالا یکی از نیازهای ضروری و پیش شرط های لازم جهت پیشرفت تکنولوژی و صنعت محسوب می شود. در این تحقیق، توزیع تنش های شعاعی، مماسی، محوری و موثر بر یک سیلندر کامپوزیتی مورد مطالعه واقع شده است. سیلندر کامپوزیتی تقویت شده الیافی با چیدمان زوایای متقاطع ±? می باشد. سیلندر تحت سه نوع بارگذاری فشاری، دورانی و ترکیبی بررسی می شود و با استفاده از روش تقریب متوالی مندلسون کرنش های شعاعی و مماسی وابسته به زمان بر حسب ضخامت سیلندر مورد مطالعه قرارگرفته می شود. مدل انتگرال یگانه شپری برای مدل سازی معادله ساختاری مواد کامپوزیتی استفاده شده است و همچنین ضرایب خطی و غیرخطی مدل انتگرال یگانه شپری از نتایج تجربی و قانون توانی به دست آمده است. با به کارگیری معادلات تعادل، تنش-کرنش، کرنش-جابجایی و معادلات پرانتل روث و حل همزمان این معادلات با کمک معادله ساختاری به محاسبه کرنش های خزشی پرداخته شده است. در پایان تأثیر چیدمان های مختلف در بارگذاری معین بر روی تنش ها شعاعی و مماسی و ... مورد مطالعه قرارگرفته شده است. بررسی تاریخچه کرنش های شعاعی و مماسی وابسته به زمان بین 5 تا 25 سال در طی فرآیند خزش، نشان می دهد که با گذشت زمان رشد منحنی ها کم شده و در سطح خارجی سیلندر همگرا می شوند. سرانجام فرآیند خزش بعد از گذشت زمان کافی به حالت پایدار می رسند.

در این پایان نامه ارتعاشات پوسته استوانه فلزی تقویت شده به وسیله کامپوزیت به صورت غیرخطی، مورد تحلیل قرار گرفته می‏شود. در این تحقیق ابتدا با استفاده از فرضیات پوسته، معادلات ساختاری برای پوسته فلزی تقویت شده به وسیله کامپوزیت بدست می‏آید. سپس با استفاده از کرنش فون‏کارمن و حذف ترم‏های غیرخطی از معادلات حرکت پوسته دونل، سه معادله دیفرانسیل کوپل شده که توصیف کننده ارتعاشات خطی آزاد پوسته استوانه فلزی تقویت شده به وسیله کامپوزیت می‏باشد، یافت گردیده و با توجه به شرایط مرزی دوسرگیردار و با استفاده از جداسازی متغیر‏ها و روش گالرکین، شکل مودها و فرکانس طبیعی ارتعاشات آزاد خطی پوسته استوانه یافت می‏شود. در مرحله بعد با استفاده از روش انرژی و اصل همیلتون، معادلات غیرخطی حاکم بر پوسته استوانه بر مبنای کرنش‏های فون‏کارمن استخراج می‏شود. سپس با استفاده از روش گالرکین، دستگاه معادلات حاکم برای تحلیل ارتعاشات غیرخطی پوسته استوانه فلزی تقویت شده به وسیله کامپوزیت، یافت شده و با لحاظ شرایط مرزی دوسرگیردار در توابع اولیه مورد استفاده، فرکانس طبیعی غیرخطی برای هر مود ارتعاش براساس تعداد موج‏های محیطی و تعداد نیم موج‏های طولی بدست می‏آید. با استفاده از روش حل ارائه شده مقادیر فرکانس طبیعی برای چیدمان‏های متقارن و متعامد لایه‏ها بدست آمده و فرکانس طبیعی غیرخطی محاسبه شده با مقادیر فرکانس طبیعی یافت شده به روش المان محدود مقایسه می‏شود و همچنین تغییرات فرکانس طبیعی غیر خطی پوسته استوانه را بر اساس تغییرات پارامترهای هندسی پوسته و تغییرات چیدمان لایه کامپوزیت تقویت کننده، بررسی شده و نتایج مورد تحلیل قرار می‏گیرد.

جدایی لایه ها یا تورق یکی از متداول¬ترین مودهای شکست در چندلایه های کامپوزیتی می¬باشد، که به علت ضعیف بودن استحکام بین لایه ای در راستای ضخامت و وجود تنش های بین لایه ای اتفاق می افتد. در این تحقیق، هدف بررسی مود دوم تورق در چندلایه های کامپوزیتی تک جهته، با استفاده از تیر خمشی با ترک انتهایی می¬باشد. از میان روش های اجزای محدود، دو روش بسته شدن مجازی ترک و روش المان چسبناک به کار گرفته شده است. نتایج حل عددی نشان می¬دهد که روش المان¬های چسبناک دارای توانایی بهتری در پیش¬بینی رفتار شکست نمونه هستند، ولی مدل¬های موجود ناحیه چسبناک قادر به پیش بینی دقیق شروع و گسترش مود دوم تورق نمی باشند. بنابراین مدل های ناحیه چسبناک اصلاح شده¬ای برای پیش¬بینی رفتار ماده معرفی شده اند. مدل های معرفی شده، بر پایه نتایج تجربی استخراج شده از منحنی مقاومت نمونه بوده و مکانیزم های مختلف شروع و گسترش تورق، شامل ترک خوردگی ماتریس و پل زنی الیاف را در نظر می گیرند. از میان مدل های مختلف ناحیه چسبناک، مدل ناحیه چسبناک سه خطی، که از ترکیب دو مدل دوخطی به وجود می آید، دارای عملکرد بهتری می باشد. مقایسه نتایج مدل سازی عددی با نتایج تجربی موجود در تحقیقات دیگر نشان می¬دهد که مدل ناحیه چسبناک توسعه داده شده، هم در پیش بینی شروع تورق و هم گسترش آن، هم¬خوانی خوبی با نتایج تجربی دارد.

در این پژوهش، روش سوراخکاری مرحله¬ای برای تعیین تنش¬های پسماند غیریکنواخت در چندلایه¬های کامپوزیت-فلز مورد مطالعه قرار گرفته است. در این روش، با انجام متوالی عملیات سوراخکاری در مرکز روزت و ثبت کرنش¬ها پس از انجام هر مرحله عملیات سوراخکاری، تنش¬های پسماند در هر لایه از چندلایه¬های کامپوزیت-فلز تعیین شده است. توزیع تنش¬های پسماند در ضخامت چندلایه¬ کامپوزیت-فلز متغیر است و این تغییرات به شکل انتگرالی محاسبه شده است. در ابتدا برنامه رایانه¬ای برای شبیه¬سازی فرآیند سوراخکاری مرحله¬ای چندلایه فلز–کامپوزیت و محاسبه کامل ماتریس ضرایب کالیبراسیون به روش انتگرال ارائه شده است. ضرایب کالیبراسیون، کرنش¬های رهاشده در عملیات سوراخکاری را به تنش¬های محبوس در هر لایه مرتبط می¬سازد. در ادامه، چندلایه¬ کامپوزیت-فلز با چیدمان متقارن [al/02/902]s مورد بررسی آزمایشی قرار گرفته است. با اندازه¬گیری کرنش¬های رهاشده در گام¬های متوالی سوراخکاری، تنش¬های پسماند در هر مرحله از سوراخکاری چندلایه کامپوزیت-فلز تعیین شده است. در پایان، نتایج حاصل از اندازه¬گیری تجربی مقادیر تنش¬های پسماند با نتایج تحلیلی حاصل از تئوری کلاسیک لایه¬ای و نتایج شبیه¬سازی عددی به¬دست آمده از روش اجزای محدود مقایسه شده است. انطباق مناسب نتایج تجربی با نتایج تحلیلی و عددی، اعتبار روش انتگرال را برای محاسبه تنش¬های پسماند در چندلایه¬های کامپوزیت-فلز مورد تائید قرار می¬دهد.

چکیده ندارد.