مکانیک مواد پیشرفته و هوشمند

چکیده در این تحقیق، ارتعاشات آزاد تیر ساندویچی با ضخامت متغیر مورد بررسی قرار می‌گیرد. هسته از جنس فوم آلومینیومی متخلخل می‌باشد که توسط دو رویه کامپوزیتی که به کمک نانوله‌های کربنی تقویت شده، در‌برگرفته شده است. جهت استخراج معادلات حرکت، ابتدا معادلات ساختاری هسته و رویه‌ها نوشته می‌شود. سپس انرژی جنبشی و کرنشی تیر بیان می‌گردد. سپس به کمک اعمال اصل همیلتون، معادلات حرکت تیر که از نوع معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزئی است، و همچنین معادلات شرایط مرزی استخراج می‌گردد. در ادامه به کمک روش تفاضل مربعات، معادلات حرکت و شرایط مرزی به شکل معادلات جبری گسسته‌سازی می‌گردد و در شکل معادله مقدار ویژه استاندارد بازنویسی می‌گردد. با حل مسئله مقدار ویژه، فرکانس طبیعی سیستم استخراج و جهت صحه‌سنجی مدل‌سازی و روش حل مسئله، نتایج حاضر با نتایج موجود در ادبیات تحقیق مقایسه می‌گردد. در انتها، اثر پارامترهایی از قبیل چگونگی توزیع تخلخل، ضریب تخلخل، ضخامت هسته و طول تیر بر فرکانس طبیعی بررسی می گردد.

چکیده در این مطالعه، یک راه حل تحلیلی برای بررسی رفتار مکانیکی یک استوانه هایپرالاستیک با جنس تابعی و تراکم ناپذیر که تحت کشش و پیچش همزمان قرار دارد، ارائه شده است. روش چگالی انرژی کرنش نمایی-نمایی که اخیراً ارائه شده برای پیش‌بینی رفتار ماده هایپرالاستیک استفاده می‌شود و فرض می‌شود پارامترهای مواد مرتبط با آن در امتداد جهت شعاعی به صورت نمایی تغییر می‌کنند. تحلیل المان محدود با تهیه یک زیربرنامه UHYPER در ABAQUS برای اعتبارسنجی راه حل تحلیلی پیشنهادی انجام می شود. نتایج المان محدود و نتایج حل تحلیلی برای کشش و پیچش های مختلف مطابقت خوبی دارند و نشان می دهند که شکل توزیع تنش و حداکثر تنش به توان نمایی در تابع تغییرات مواد بستگی دارد. بر خلاف کشش محوری، تأثیر پیچش بر توزیع تنش طولی پیچیده‌تر است و برای پیچش‌های بزرگ، دو اکسترمم در نمودار توزیع تنش مشاهده می‌شود که در پیچش های بیشتر به سمت مرکز و سطح بیرونی استوانه حرکت می‌کند. علاوه بر این، تنش طولی تغییرات فون میزز و چگالی انرژی کرنش را در سراسر جهت شعاعی کنترل می‌کند. علاوه بر این، با در نظر گرفتن کشش محوری، نقطه ای مشخص می شود که نیروی محوری ناشی از پیچش برای کشش های زیر این مقدار فشاری است و باعث می شود که سیلندر تحت پیچش افزایش طول یابد؛ اما این قسمت از کل نیروی محوری از حالت کششی به حالت فشاری تغییر می کند. در واقع با افزایش پیچش، استوانه ابتدا کوتاه شده و سپس در پیچش بیشتر کشیده می شود.

چکیده در پژوهش حاضر، فرکانس‌های طبیعی ورق مستطیلی ساخته شده از مواد مدرج تابعی چند جهته روی بستر الاستیک مورد بررسی قرار گرفته است. تغییرات تدریجی خواص مکانیکی ماده در ورق مورد بررسی، در هر سه جهت مختصاتی امکان‌پذیر است. روابط مربوطه بر طبق تئوری الاستیسیته سه بعدی نگارش شده و با استفاده از روش تعمیم‌یافته مربعات دیفرانسیلی گسسته‌سازی شده است. با مقایسه نتایج برای چند مثال موجود در مقالات منتشر شده، صحت‌سنجی روش و حل انجام شده مورد بررسی قرار گرفته که نشان‌دهنده دقت بالای شیوه مورد استفاده است. در ادامه، اثر تغییرات خواص مکانیکی ماده در هر یک از جهات مختصاتی و یا ترکیبی از جهات مختلف برای چند نمونه مورد توجه قرار گرفته و نتایج با هم مقایسه شده‌اند. همچنین اثر تغییرات ضخامت ورق، تغییر نسبت ابعاد ورق و نیز تاثیر پارامترهای بستر الاستیک برای چند شرط مرزی مختلف مطالعه شده و در قالب نمودارهایی گزارش شده است. نتایج نشان می‌دهد جهت تغییر خواص ماده نیز می‌تواند تاثیر قابل توجهی بر فرکانس طبیعی ورق داشته باشد.

چکیده بهینه‌سازی شافت کامپوزیتی تحت گشتاور پیچشی در پژوهش‌های پیشین، با فرض ثابت بودن گشتاور و با هدف کمینه‌کردن جرم انجام شده است. در پژوهش حاضر، علاوه بر لحاظ کردن جرم، اجازه تغییر میزان گشتاور اعمالی تا پیش از خرابی در اولین لایه نیز داده شده تا بتوان در عین وزن پایین، از ظرفیت باربری کامپوزیت بهره بیشتری برد. از همین رو، تابع هدف به‌صورت بیشینه‌کردن نسبت "گشتاور به جرم T/m" در نظر گرفته شد. برای انجام بهینه‌سازی از دو الگوریتم ژنتیک و ازدحام ذرات استفاده شد. پارامترهای ورودی مسئله شامل تعداد لایه، ضخامت و زاویه هر لایه و گشتاور اعمالی بوده و قیدِ تعریف شده، عدم وقوع خرابی در لایه‌های کامپوزیتی (با احتساب معیار خرابی سای – وو در نرم‌افزار اجزای محدود آباکوس) بود. همچنین مسئله فوق برای مقایسه اثر نوع تابع هدف، با در نظر گرفتن جرم کمینه بعنوان تابع هدف با دو الگوریتم فوق بررسی شد. نتایج نشان از آن دارد که الگوریتم ژنتیک، برخلاف الگوریتم ازدحام ذرات، همگرایی مناسبی را داشته است. همچنین استفاده از شافت کامپوزیتی (فارغ از نوع تابع هدف) تا بیش از 80% باعث کاهش جرم در مقایسه با شافت فولادی شده است. ضمناً گرچه شافت کامپوزیتیِ پیشنهادی توسط تابع هدف T/m بیشینه، جرم بیشتری نسبت به شافت پیشنهادی با تابع هدف جرم کمینه دارد، ولی توانسته گشتاوری 8.5 برابری را تحمل کند؛ بدین معنی که با افزایش وزن نسبی در حد منطقی، ظرفیت بارپذیری شافت تا 8.5 برابر افزایش‌یافته است.

چکیده نانومنیپولیشن و جابه‌جایی میکرو/نانو ذرات، امروزه کاربردهای گسترده‌ای در علوم مختلف پیداکرده است. یکی از ابزارهای اساسی جهت انجام فرآیند نانومنیپولیشن، میکروسکوپ نیروی اتمی می‌باشد. امروزه میکروسکوپ نیروی اتمی کاربردهای مختلفی ازجمله تصویربرداری سطوح، منیپولیشن و جابه‌جایی ذرات، استخراج خواص مواد و بافت‌ها پیداکرده است. منیپولیشن نانو ذرات معمولاً شامل دو فاز می‌گردد. فاز نخست تا پیش از آغاز به حرکت ذره و استخراج نیروی بحرانی و زمان بحرانی را در برمی‌گیرد. فاز دوم نیز شامل بررسی ذرات در حین حرکت در خلال نانومنیپولیشن و جابه‌جایی می‌باشد. با توجه به این‌که در ابعاد میکرو/نانو، نیروهای سطحی نسبت به نیروهای حجمی اثر بیشتری دارند، لذا انتخاب مدل تماسی مناسب در مدل‌سازی و شبیه‌سازی فرآیند نانومنیپولیشن، بسیار حائز اهمیت می‌باشد. پارامترهای مختلفی بر مدل‌های تماسی در مقیاس میکرو/نانو اثرگذار می‌باشند. در این پژوهش به بررسی تأثیر پارامترهای مختلف بر مدل‌های تماسی هرتز، جیکیآر و دی‌ام‌تی پرداخته‌شده است. بدین منظور جهت بررسی تأثیر پارامترهای ورودی مختلف، از روش آماری آنالیز حساسیت تحت عنوان ای-فست که یکی از روش‌های سریع می‌باشد، استفاده‌شده است. پارامترهای ورودی موردبررسی در این پژوهش، شامل شعاع سوزن، حجم ذره، مدول الاسیسته سوزن، مدول الاسیسته ذره ، ضریب پواسون سوزن و ضریب پواسون ذره همچنین عمق نفوذ و نیرو به‌عنوان پارامترهای خروجی تبیین می‌گردد. نتایج به‌دست‌آمده بیانگر تأثیرگذاری زیاد حجم ذرات هدف و شعاع سوزن در نیرو و عمق نفوذ در مدل‌های تماسی می‌باشد.

چکیده فلوفرمینگ لوله یکی از اقتصادی‌ترین روش‌های تولیدی برای لوله‌های استوانه‌ای ساده با برآمدگی‌های خارجی و داخلی همراه یا بدون فلنج می‌باشد. دقت ابعادی لوله‌های تولید شده با این روش، بسیار بالاتر از سایر روش‌ها بوده و کاربرد فراوانی در صنایع هوافضا دارد. در این تحقیق، فرایند فلوفرمینگ سه غلتکه فولاد استحکام بالا به‌صورت تحلیل اجزای محدود بررسی شده است و با نتایج تجربی مقایسه شده است. فرایند شکل‌دهی برای سرعت‌های متفاوت چرخش ماندرل و سرعت‌های مختلف پیشروی بررسی گردید و اثرات هر پارامتر بر روی کیفیت سطح (زبری سطح) و کیفیت ابعادی و هندسی محصول تولیدی (رشد قطری و عدم‌گردی) مطالعه گردید. نتایج نشان داد که با افزایش نرخ پیشروی، زبری سطح محصول نهایی افزایش می‌یابد. افزایش نرخ پیشروی همچنین منجر به کاهش عدم‌گردی و در نتیجه بهبود کیفیت هندسی قطعه نهایی می‌شود. افزایش سرعت دوران ماندریل منجر به کاهش زبری سطح می‌شود. همچنین افزایش سرعت دوران منجر به افزایش عدم‌گردی محصول می‌شود.

چکیده یکی از مهم‌ترین، حساس‌ترین و پر کاربرد ترین فرآیند های ماشین‌کاری در حوزه جراحی‌ها و مهندسی پزشکی، فرآیند سوراخکاری استخوان می‌باشد. سوراخکاری استخوان کاربرد عمده ای در جراحی‌های ارتوپدی، درمان شکستگی‌ها و نمونه برداری‌های استخوانی و همچنین دندان‌پزشکی دارد. مهم‌ترین عارضه‌ای که ممکن است در عمل جراحی براده برداری از استخوان ایجاد شود، بالا رفتن دما از محدوده مجاز و ایجاد نکروز حرارتی در بافت استخوان می باشد. بطور کلی اگر دمای فرآیند سوراخکاری اسخوان بیشتر از C°٤٧ شود، نکروز حرارتی اتفاق می‌افتد. در صورت وقوع نکروز حرارتی، تثبیت استخوان به خوبی انجام نمی‌گیرد. در سال‌های اخیر محققان به دلیل عدم استفاده از روش‌های بهینه‌سازی کارآمد و نیز عدم در نظرگرفتن تمامی پارامترهای موثر بر فرآیند سوراخکاری استخوان به نتایج قابل قبولی در این زمینه دست نیافتند. همچنین دستیابی به بهترین پارامترهای موثر جهت جلوگیری از بروز نکروز حرارتی نیز میسر نگردید. لذا در این مقاله، جهت جلوگیری از این موضوع، ضمن طراحی دقیق آزمایش‌ها، یک روش نسبتا دقیق به عنوان راهکاری جهت کنترل دما و نیروی محوری به‌منظور بهینه‌سازی پارامترهای موثر بر فرآیند سوراخکاری استخوان و بهبود فرآیند سوراخکاری استخوان ارائه شده است که در این مقاله، از روش بهینه‌سازی تاگوچی بدین منظور استفاده شده است و این روش درمقایسه با سایر روش های بهینه‌سازی، درمدت زمان کوتاه‌تری فرآیند بهینه-سازی را با دقت بسیار بالایی انجام می‌دهد.

چکیده سازه‌های جدار نازک به خاطر سبکی، ظرفیت جذب انرژی مناسب و نسبت جذب انرژی به وزن بالا به عنوان یکی از کارآمدترین سیستم های جذب انرژی در صنایع مختلف از جمله خودرو‌سازی، ریلی و نظامی به منظور حفاظت از جان سرنشینان و همچنین عابران پیاده در هنگام تصادفات و یا حفاظت از وسائل و دستگاه‌ها، به حساب می‌آیند. هدف از این پژوهش، بررسی نحوه پاسخ سازه‌های چهارگوش جدارنازک چند سلولی که از جنس پلیمر ABS هستند و توسط پرینتر سه‌بعدی ساخته شده‌اند، نسبت به ضربه جانبی می‌ باشد. نخست به ارائه نمونه‌های مختلف در دسته‌بندی‌های جداگانه پرداخته شده‌ است. سپس با توجه به چند سلولی بودن نمونه‌ها، در شبیه‌سازی‌ها به بررسی تاثیر پارامترهایی مانند شکل خانه‌ها، تعداد خانه‌ها، ضخامت دیواره‌ها و ... پرداخته شده و بهترین نمونه‌ها برای انجام تست تجربی ساخته شده‌اند. در ادامه به منظور صحت‌سنجی نمونه‌ها، پس از ساخت آن‌ها توسط پرینتر سه‌بعدی، توسط دستگاه تست سقوط وزنه تحت ضربه جانبی قرار گرفته‌ و نتایج بدست آمده با نتایج شبیه سازی مورد مقایسه و بررسی قرار گرفته‌اند. پس از استخراج نتایج، مشاهده شده‌ است که میزان جذب انرژی، میانگین نیروی لهیدگی و بازده نیروی لهیدگی برای نمونه 1HR16 در بهترین حالت ممکن است. همچنین با افزایش تعداد خانه‌های هر نمونه نیز همه‌ی پارامتر‌های جذب انرژی بهبود می‌یابند. در حالت کلی نیز نمونه‌های خانه‌مستطیلی دارای مقاومت بهتری در برابر ضربه می‌باشند.