پایان نامه بررسی تغییر رفتار ارتعاشی در اثر گنجاندن الیاف مواد حافظه دار در ورق های کامپوزیتی بدنه خودرو

فهرست:

1    مقدمه و مروری بر کارهای گذشته. 1

1‌.1‌   مقدمه  2

1‌.2‌   پیشینه تحقیق.. 3

1‌.3‌   معرفی موضوع تحقیق.. 6

1‌.4‌   فرضیه های تحقیق.. 7

1‌.5‌   مراحل انجام تحقیق.. 8

1‌.6‌    اهداف مهم و نوآوریهای تحقیق کنونی.. 8

1‌.7‌   مروری بر فصلهای ارائه شده 9

2    روابط پایه مواد. 10

2‌.1‌   مقدمه  11

2‌.2‌   مواد کامپوزیت... 11

2‌.3‌   نقش کامپوزیت در صنعت خودروسازی.. 12

2‌.4‌   مقدمه ای بر آلیاژهای حافظه دار 15

2‌.5‌   ویژگیها و کاربردهای آلیاژهای حافظه دار 18

2‌.6‌    خاصیت حافظه دار بودن.. 18

2‌.7‌   خاصیت سوپرالاستیسیته(فوق‌کشسانی) 21

2‌.8‌   قابلیت استهلاک... 23

2‌.9‌   انواع آلیاژهای حافظه دار 24

2‌.10‌ روابط پایه در مواد کامپوزیت... 25

2‌.10‌.1‌   روابط حاکم برای تنش صفحه ای.. 25

2‌.10‌.2‌   انواع تئوریهای موجود برای سازه ها 27

2‌.10‌.3‌   تئوری مرتبه اول برای صفحات کامپوزیتی.. 28

2‌.10‌.4‌   فاکتور تصحیح برشی.. 31

2‌.10‌.5‌   میکرومکانیک یک تک لایه تک جهته. 32

2‌.11‌ روابط پایه مواد حافظه دار 34

2‌.11‌.1‌   مدلهای میکرو 35

2‌.11‌.2‌   مدلهای میکرو – ماکرو 35

2‌.11‌.3‌   مدلهای ماکرو 35

2‌.11‌.4‌   مدل فوق کشسان آریچیو (1997) 35

2‌.11‌.5‌   مدل فوق کشسان آریچیو (2003) 36

2‌.11‌.6‌    مدل شبه‌الاستیک ترمومکانیکی کالت (2001) 36

2‌.11‌.7‌   مدل شبه‌الاستیک سیلک (2002) 37

2‌.11‌.8‌   مدل شبه‌الاستیک رزنر (2002) 37

2‌.11‌.9‌   بارگذاری و باربرداری نسبی.. 38

3    فرمولبندی روابط حاکم بر ورق کامپوزیتی تقویت شده با الیاف حافظه دار. 43

3‌.1‌   روابط کرنش – تغییر مکان.. 44

3‌.2‌   تئوریهای تغییر شکل برشی مرتبه بالا. 45

3‌.3‌   تئوری مرتبه اول برشی (میندلین - رایزنر) 46

3‌.4‌   مدلسازی المان محدود. 48

3‌.4‌.1‌  المانهای سرندیپیتی.. 48

3‌.5‌   معادلات حرکت... 50

3‌.6‌    شرایط مرزی.. 52

4   روشهای حل عددی معادلات حاکم بر رفتار استاتیکی و دینامیکی ورقهای حافظه دار. 53

4‌.1‌   حل زمانی.. 54

4‌.2‌   روش نیوتن رافسن.. 56

4‌.3‌   روش نیوتن – رافسن تغییر یافته. 60

4‌.4‌   معیار همگرایی.. 60

4‌.5‌   روش نیومارک... 62

4‌.6‌    مسائل دینامیکی غیر خطی.. 66

5   بررسی نتایج حاصل از تحلیل خمش ورق حافظهدار. 68

5‌.1‌   مقایسه نتایج با تحقیقات پیشین.. 69

5‌.2‌   تعریف مساله. 70

5‌.3‌   دسته‌بندی موضوعات مورد بررسی در مساله. 70

5‌.3‌.1‌  دسته‌بندی از لحاظ ماده پایه. 71

5‌.3‌.2‌  دسته‌بندی از لحاظ شرایط مرزی.. 71

5‌.4‌   مشخصات مواد. 72

5‌.5‌   بررسی رفتار ورق ساخته شده از مواد SMA خالص.... 73

5‌.6‌    بررسی تاثیر درصد حجمی ماده SMA بر رفتار خمشی ورق کامپوزیت حافظهدار 74

5‌.7‌   بررسی تاثیر نوع چیدمان الیاف در خمش ورق کامپوزیت حافظه دار 75

5‌.8‌   بررسی تاثیر شرایط مرزی بر خمش ورق کامپوزیت حافظه دار 75

5‌.9‌   تاثیر نسبت منظری در تنش بی بعد محوری.. 76

5‌.10‌ تاثیر نسبت منظری بر خیز ورق کامپوزیت حافظه دار 77

5‌.11‌ بررسی تنش در مقطع عرضی ورق کامپوزیت حافظه دار 78

5‌.12‌ نتایج بدست آمده از تحلیل خمشی.. 80

6    بررسی نتایج حاصل از تحلیل ارتعاشات ورق حافظه دار. 82

6‌.1‌    بررسی الگوریتم مدل سازی ماده حافظه دار 83

6‌.1‌.1‌  کامپوزیت تقویت شده توسط مواد حافظه دار در بارگذاری درون صفحه ای.. 83

6‌.1‌.2‌  بررسی اثر دما 87

6‌.1‌.3‌  بررسی رفتار دینامیک الگوریتم مدلسازی.. 88

6‌.2‌    ورق کامپوزیت حافظه دار تحت بار پله. 93

6‌.2‌.1‌  تاثیر نسبت حجمی فیبر حافظه دار در میرایی.. 95

6‌.2‌.2‌  تاثیر چیدمان بر میرایی ورق کامپوزیت حافظه دار 97

6‌.2‌.3‌  تاثیر دما بر پاسخ به تحریک پله. 98

6‌.3‌    ورق کامپوزیت حافظه دار تحت بار هارمونیک... 99

7   نتیجه گیری و پیشنهادات... 101

7‌.1‌   نتیجه گیری.. 102

7‌.2‌   ارائه پیشنهاد برای تحقیقات  جدید. 103

منابع و مراجع  104

منبع:

[1] H. Jia, “Impact Damage Resistance of Shape Memory Alloy Hybrid Composite Structures”, Faculty of the Virginia Polytechnic Institute and State University, May 26, 1998.

[2] M. Pietrzakowski, “Natural frequency modification of thermally activated composite plates”, Mec. Ind.,1, 313–320, 2000.

[3] L. T. Turner, C. L. Lach, R. J. Cano, “Fabrication and characterization of SMA hybrid composites”, SPIE 8th Annual International Symposium on Smart Structures and Materials, Vol. 4333, Paper No. 4333-60, Newport Beach, CA, 4-8 March 2001.

[4] J. H. Roh, J. H. Kim, “Hybrid smart composite plate under low velocity impact”, Composite Structures, 56, 175–182, 2002.

[5] A. Masudaa, M. Noori, “Optimization of hysteretic characteristics of damping devices based on pseudoelastic shape memory alloys”, International Journal of Non-Linear Mechanics, 37, 1375 – 1386, 2002.

[6] J. H. Roh, J. H. Kim, ”Adaptability of hybrid smart composite plate under low velocity impact”, Composites- Part B: Engineering, 34, 117-125, 2003.

[7] A.A. Movchan, L.G. Sil’chenko, “The stability of a circular plate of shape memory alloy during a direct martensite transformation”, Journal of Applied Mathematics and Mechanics, 70, 785–795, 2006.

[8] R. Gilat, J. Aboudi, “Dynamic response of active composite plates: shape memory alloy fibers in polymeric/metallic matrices”, International Journal of Solids and Structures, 41, 5717–5731, 2004.

[9] J. S. Park, J. H. Kim, S. H. Moon, “Vibration of thermally post-buckled composite plates embedded with shape memory alloy fibers”, Composite Structures, 63, 179-188, 2004.

[10] M. Meo, E. Antonucci, P. Duclaux, M. Giordano, “Finite element simulation of low velocity impact on shape memory alloy composite plates”, Composite Structures, 71, 337-342, 2005.

[11] R. Zhang, Q. Q. Ni, A. Masuda, T. Yamamura, M. Iwamoto, “Vibration characteristics of laminated composite plates with embedded shape memory alloys”, Composite Structures, 74, 389–398, 2006.

[12] R. Yongsheng, S. Shuangshuang, “Large Amplitude Flexural Vibration of the Orthotropic Composite Plate Embedded with Shape Memory Alloy Fibers”, Chinese Journal of Aeronautics, 20, 415-424, 2007.

[13] V. Birman, “Shape memory elastic foundation and supports for passive vibration control of composite plates”, International Journal of Solids and Structures, 45, 320-335, 2008.

[14] S.M.R. Khalili , A. Shokuhfar, F. Ashenai Ghasemi, “Effect of smart stiffening procedure on low-velocity impact response of smart structures”, Journal of Materials Processing Technology, 190, 142–152, 2007.

[15] S.M.R. Khalili, A. Shokuhfar, K. Malekzadeh, F. Ashenai Ghasemi, “Low-velocity impact response of active thin-walled hybrid composite structures embedded with SMA wires”, Thin-Walled Structures, 45, 799-808, 2007.

[16] S. John, M. Hariri, “Effect of shape memory alloy actuation on the dynamic response of polymeric composite plates”, Composites: Part A, 39, 769-776, 2008.

[17] M. C. Piedboeuf, R. Gauvin, "Damping Behavior of Shape Memory Alloys: strain Amplitude, Frequency and Temperature Effects", Journal of Sound and Vibration, Vol. 214, PP. 885-901, 1998.

[18] F. Auricchio, S. Marfia, E. Sacco, "Modeling of SMA materials: Training and two way memory effects", Computers and Structures, Vol. 81, pp. 2301-2317, 2003.

[19] D. Stoeckel, The shape memory effect, phenomenon, alloys and applications, Nitinol Devices & Components Inc., 1995.

[20] شکوه‌فر علی، شکوه‌فر طلوع، "آلیاژهای حافظه‌دار و کاربرد آن‌ها در صنایع هوافضا"، چهارمین کنفرانس انجمن هوافضای ایران، 647- 653، 1381

[21] E.J. Grasser, F.A. Cozarelli, "Shape memory alloys as new materials for seismic isolation", J. Eng. Mech. ASCE, Vol. 117, No. 11, pp. 590-608,1991.

[22] K. Wilde, P. Gardoni, Y. Fujino, "Base isolation system with Shape memory device for elevated highway bridges", Eng. Struct., Vol. 22, pp. 222-229, 2000.

[23] Memory alloys for new seismic isolation and energy dissipation devices (MANSIDE) Project Workshop Proceedings, The Italian Department of Nitinol Technical Services,1999

[24] R. Des Roches, M. Delemant, "Seismic retrofit of simply supported bridges using shape memory alloys", Eng. Struct., Vol. 24, No. 3, pp. 325-332, 2002.

[25] A. J. Zak, M. P. Cartmell, W. M. Ostachowicz, M. Wiercigroch, "One dimensional shape memory alloy models for use with reinforced composite structures", Smart Mater. Struct., Vol. 12, pp. 338-346, 2003.

[26] صدوق ونینی علی، "نقش ویژه آلیاژهای حافظه‌دار در مهندسی پزشکی"، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، 1381

[27] D. Stoeckel, "Nitinol Medical Devices and Implants", Nitinol Devices & Components, 2000.

[28] T. Duerig, D. Stoeckel, D. Johnson, "SMA- smart materials for medical applications", Nitinol Devices & Components, 2002.

[29] J. V. Humbeeck, "Non-medical application of shape memory alloys", Material Science and Engineering/A, Vol. 273-275, PP. 134-148, 1999.

[30] AMT Advanced Materials and Technologies, Internet Search Engines.

[31] M. O. Moroni, R. Saldivia, "Damping Characteristic of a Cu Zn Al Ni Shape Memory Alloy", Material Science and Engineering /A, Vol. 335, PP. 313-319, 2002.

[32] M. Dolce, D. Cardone, "Mechanical Behavior of shape Memory Alloys for Seismic Application 1. Martensite and Austenite NiTi Bars Subjected to Torsion", International Journal of Mechanical Science, Vol. 43, pp. 2631-2656, 2001.

[33] M. Dolce, D. Cardone, "Mechanical Behavior of Shape Memory Alloys International for Seismic Application 2. Martensite and Austenite Bars Subjected to Tension", International Journal of Mechanical Science, Vol. 43, pp. 2657-2677, 2001.

[34] E. J. Grasser, F. A. Cozarelli, "Shape memory alloys as new materials for seismic isolation", J. Eng. Mech. ASCE, Vol. 117, No. 11, pp.  590-608, 1991.

[35] K. Wiled, P. Gardoni, Y. Fujino, "Base isolation system with shape memory device for elevated highway bridges", Eng. Struct., Vol. 22 ,pp. 222-229, 2000.

[36] E. Williams, M. H. Elahinia, J. H. Koo, "Control of a tuned vibration absorber based on SMA wires", ASME IMECE, 81546, 2005.

[37] M. C. Piedboeuf, R. Gauvin, "Damping Behavior of Shape Memory Alloys: strain Amplitude, Frequency and Temperature Effects", Journal of Sound and Vibration, Vol. 214, PP. 885-901, 1998.

[38] J. N. Reddy, “Mechanics of Laminated Composite Plates and Shells”, CRC Press, 130-140, 2007.

[39] F. Auricchio, E. Sacco, "A one-dimensional model for Superelastic shape memory alloys with different elastic properties between marthensite and austenite", International Journal of Non-Linear Mechanics, Vol. 32, PP.1101-1114, 1997.

[40] F. Auricchio, "A robust integration-algorithm for a finite-strain shape-memory-alloy superelastic model", International Journal of Plasticity, Vol. 17 pp. 971-990, 2001.

[41] L. C. Brinson, "One-dimensional constitutive behavior of shape memory alloys: thermomechanical derivation with non-Constant material functions and redefined martensite internal variables", J. Intel. Material Systems Structures, Vol. 4, pp. 229-242, 1993.

[42] F. Falk, P. Konopka, "Pseudoelastic Stress-Strain Curves of Polycrystalline Shape Memory Alloys Calculated from Single Crystal data", International Journal of Engineering Science, Vol. 27, pp. 277-284, 1989.

[43] I. Muller and H. Xu, "On the pseudo-elastic hysteresis", Acta Met. Mater., Vol. 39, pp. 263-271, 1991.

[44] B. Raniecki and C. Lexcellent, "RL–models of pseudoelasticity and their specification for some shape memory Solids", Eur. J. Mech. A/Solids, Vol. 13, pp. 21-50, 1994.

[45] H. Tobushi, H. Iwanaga, K. Tanaka, T. Hori and T. Sawada, "Deformation behavior of NiTi shape memory alloy subjected to variable stress and temperature", Contin. Mech. Thermodynamics, Vol. 3, pp. 79-93, 1991.

[46] B. Raniecki, C. Lexcellent, K. Tanaka, "Thermomechanical models of pseudoelastic behavior of shape memory alloys", Archives Mech., Vol. 44, No. 3, pp. 261-284,1992.

[47] K. Tanaka, "A thermomechanical sketch of shape memory effect: one-dimensional tensile behavior", Res. Mech., Vol. 18, pp. 251-263, 1986.

[48] K. Tanaka, T. Hayashi, Y. Itoh and H. Tobushi, "Analysis of thermo mechanical behavior of shape memory alloys", Mech. Mater., Vol. 13, pp. 207-215, 1992.

[49] F. Falk, "Drive domain walls in shape-memory alloys", Journal of Physics C: Solid State Physics, Vol. 20, pp. 2501-2509, 1987.

[50] Qing Ping Sun and Keh Chih Hwang, "Micromechanics modeling for the constitutive behavior of polycrystalline shape memory alloys- I. Derivation of general relations", J. Mech. Phys. Solids, Vol. 41, pp. 1-17, 1993.

[51] Qing Ping Sun and Ken Chih Hwang, "Micromechanics modeling for the constitutive behavior of polycrystalline shape memory alloys- II. Study of the individual Phenomena", J. Mech. Phys. Solids, Vol. 41, pp. 19-33, 1993.

[52] J. Lubliner and F. Auricchio, "Generalized plasticity and shape memory alloys", Int. J. Solids Structures, Vol. 33, pp. 991-1003, 1996.

[53] J. Rejzner, C. Lexcellent, B. Raniecki, "Pseudoelastic behavior of shape memory alloy beams under pure bending: experiments and modeling", International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 44, pp. 665-685, 2002.

[54] F. Auricchio, E. Sacco, "A temperature-dependentt beam for shape- memory alloys: constitutive modeling, finite-element implementation and numerical simulations", Comput. Methods APPl. Mech. Eng., Vol. 174, pp. 171-190, 1999.

[55] K. Wilmanski, "Symmetric model of Stress-Strain hysteresis loops in shape memory alloys", Int. J. Eng. Sci., Vol. 31, pp. 1121-1138, 1993.

[56] M. Collett, E. Foltete, C. Lexcellent, "Analysis of the behavior of a shape memory alloy beam under dynamical loading", European Journal of Mechanics and Solids, PP. 615-630, 2001.

[57] B. Raniecki, C. Lexcellent, "Thermodynamics of isotropic pseudo elasticity in shape memory alloys", Eur. J. Mech. A/Solids, Vol. 17, No. 2, pp. 185-205, 1998.

[58] S. Seelecke, "Modeling the dynamic behavior of shape memory alloys", International Journal of Non-Linear Mechanics, Vol.37, PP. 1363-1374, 2002.

[59] M. Achenbach, I. Muller, "Simulation of material behavior of alloys with shape memory", Arch. Mech., Vol. 37, No. 6, pp. 573-585, 1985.

[60] S. Seelecke, "Torsional vibration of a shape memory wire", Cont. Mech. Thermodyn., Vol. 9, pp. 165-173, 1997.

[61] C. Liang and C. A. Rogers, "One-dimensional thermomechanical constitutive Relations for shape memory materials", J. Intel. Material Systems Structures, Vol. 1, pp. 207-234, 1990.

[62] L. C. Brinson, "One-dimensional constitutive behavior of shape memory alloys: thermomechanical derivation with non-constant material functions and redefined martensite internal variables", J. Intell. Material Systems Structures, Vol. 4, pp. 229-242, 1993.

[63] F. Daghia, “Active Fibre-reinforced composites with embedded shape memory alloys”, Universita di Bologna, 2008.

[64] S. Saadat, M. Noori, H. Davoodi, Z. Hou, Y. Suzuki, A. Masuda, "Using NiTi SMA  tendons for vibration control of coastal structures", Smart Materials and Structures, Vol. 10, pp. 695–704, 2001.

[65] P. Thomson, G. J. Balas, P. H. Leo, "Analysis of trigger line models for shape memory hysteresis based on dynamic testing", J. of intelligent material systems and structures", Vol. 8, pp. 193-201, 1997.

]66[ غیاثوند حسن، " ارتعاشات تیراز جنس آلیاژ حافظه دار(SMA) در اثر بار متحرک"، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، 1387

[67] J. N. Reddy, “Mechanics of Laminated Composite Plates and Shells”, CRC Press, 115, 2007.

[68] J. N. Reddy, “Theory and Analysis of Elastic Plates and Shells”, CRC Press, 496-497, 2007.

[69] R. D. Cook, D. S. Malkus, M. E. Plesha, R. J. Witt, “Concepts and Application of Finite Element Analysis”, JOHN WILEY & SONS, INC., 595-636,2001.

[70] J. N. Reddy, “Theory and Analysis of Elastic Plates and Shells”, CRC Press, 605, 2007.

[71] S.A.M. GhannadPour, M.M. Alinia, “Large deflection behavior of functionally graded plates under pressure