فهرست مطالب

مکانیک هوافضا - سال نهم شماره 4 (پیاپی 34، زمستان 1392)

فصلنامه مکانیک هوافضا
سال نهم شماره 4 (پیاپی 34، زمستان 1392)

  • رفتار مکانیکی مواد و سازه ها
  • تاریخ انتشار: 1392/07/10
  • تعداد عناوین: 8
|
  • محمدباقر نظری، محمود شریعتی، محمدرضا اسلامی، بهروز حسنی صفحه 1
    در این مقاله، روش بدون المان گلرکین برای تحلیل شکست مواد مرکب هدفمند که تحت بارگذاری حرارتی قرار دارد به کار گرفته شده است. همچنین ضریب شدت تنش مود I با استفاده از روش انتگرال J و همبستگی تغییر مکان ها محاسبه شده و تغییر خصوصیات فیزیکی مواد با کاربرد توابع پیوسته و یا مدل میکرومکانیک بیان شده است. در تحلیل شوک حرارتی، روش نیمه تحلیلی تجزیه مودی برای به دست آوردن توزیع دمای گذرا به کار رفته است. نتایج نشان می دهد که در زمان های ابتدایی اعمال شوک، مقدار ضریب شدت تنش به طور قابل ملاحظه ای افزایش یافته و می تواند نقش مهمی در تحلیل گسیختگی این مواد ایفا نماید.
    کلیدواژگان: مواد مرکب هدفمند، روش بدون المان گلرکین، انتگرال J، روش همبستگی تغییر مکان ها، تنش حرارتی
  • علیرضا نداف اسکویی، حسین خدارحمی، مسعود رضوانی صفحه 17
    در این مقاله، مدل آبراموویچ و جونز برای تحلیل فرآیند فروریزش لوله های دایروی تحت بار ضربه ای بررسی و بر مبنای اثر اینرسی، مدل تحلیلی جدیدی ارائه شده است. برای این منظور، اتلاف انرژی ناشی از کوتاه شدگی اولیه دیواره لوله و اثرات اینرسی لایه های چین خورده قبلی بر لایه چین خورده جدید در نظر گرفته شده است. نیروی لهیدگی متوسط و جذب انرژی محاسبه شده با این روش نسبت به مدل تحلیلی قبلی نتایج بهتری را پیش بینی نموده است. بر اساس نتایج این مقاله، مشخص شده که سرعت و جرم ضربه زننده که در مدل تحلیلی قبلی برای محاسبه نیروی متوسط لهیدگی از آن صرف نظر شده، تاثیر بسزایی در نیروی فروریزش لوله و میزان جذب انرژی توسط آن دارد. همچنین در این تحقیق، در تست های تجربی مشاهده گردید که در سرعت های ضربه بالا در بیشتر نمونه های آلومینیمی کمانش پیش رونده دینامیکی و در بعضی نمونه ها که سرعت ضربه کمتر بود، کمانش پلاستیکی دینامیکی رخ می دهد. در این مقاله، نتایج کاهش نهایی طول لوله، جذب انرژی و نیروی لهیدگی متوسط دینامیکی در نمونه هایی که در آنها کمانش پیش رونده دینامیکی رخ داده است، در دو زمینه تئوری و تجربی مقایسه و بحث می شود. بر اساس نتایج این مقاله مشخص شده که نتایج تئوری و تجربی همخوانی مناسبی با هم دارند.
    کلیدواژگان: لوله های دایروی، ضربه محوری، فروریزش، لهیدگی محوری، کمانش پیش رونده
  • محمد شرعیات، غلامرضا رضایی دشت آبادی، علی اصغر جعفری صفحه 35
    در این مقاله، تحلیل غیر خطی خیز ورق های دایره ای شکل ساخته شده از مواد هدفمند دو جهته با تغییرات همزمان ویژگی های مواد در راستاهای عرضی و شعاعی، مورد بررسی قرار گرفته است. برای یافتن معادلات حاکم بر ورق، از تئوری کلاسیک و روابط کرنش- تغییر مکان غیر خطی فن کارمن استفاده شده است. با توجه به تغییرات دو جهته ویژگی های مواد هدفمند، تاثیر مشتقات شعاعی ویژگی های مکانیکی مواد و تغییرات عرضی خواص مکانیکی بر عبارات سفتی ورق در معادلات حاکم آشکار شده است. برای حل مسئله، از روش عددی تفاضل محدود استفاده شده است. در این مقاله نیز نحوه اعمال فرم تفاضل محدود شرایط مرزی بر نقاط مرزی گوناگون ارائه شده است. در مسیر حل مسئله و دست یابی به نتایج کلی، رفتار ورق های ساخته شده از مواد همسانگرد، هدفمند یک جهته با تغییرات ویژگی های مواد در راستای عرضی یا شعاعی و هدفمند دو جهته بررسی و نتایج حالت های ویژه با نتایج نرم افزار آباکوس و همچنین نتایج مراجع معتبر صحه-گذاری شده است.
    کلیدواژگان: ورق دایروی، تحلیل غیرخطی، مواد هدفمند دوجهته، تئوری کلاسیک، اصل هامیلتون، روش تفاضل محدود
  • سعید جعفری مهرآبادی، رسول کریمی ثمر، میلاد بهلولی صفحه 51
    در این مقاله به تحلیل کمانش مکانیکی پوسته استوانه ای باز تقویت شده با نانو لوله های کربنی تک جداره تحت بار محوری پرداخته شده است. معادلات دیفرانسیل حاکم بر مسئله بر اساس تئوری مرتبه اول تغییر شکل برشی و با توجه به فرضیات غیر خطی دانل در پوسته های استوانه ای با به کار گیری معادلات اویلر به دست آمده است. برای تعیین خواص جنس پوسته تقویت شده مذکور، از قانون اصلاح شده مخلوط ها استفاده شده است. پس از حل معادلات مذکور، با توجه به شرایط مرزی در نظر گرفته شده، تاثیرات مشخصات هندسی پوسته و خواص مصالح بر بار بحرانی کمانش پوسته مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین از مقایسه جواب های به دست آمده با مراجع معتبر دیگر در حالت های خاص، از نحوه حل مسئله اطمینان کافی حاصل شده است.
    کلیدواژگان: کمانش مکانیکی، پوسته استوانه ای باز، نانو لوله کربنی، بار بحرانی
  • آرش کشاورز، رحمت الله قاجار صفحه 61
    فولاد خط لوله رده 100 یکی از موادی است که به تازگی جهت تولید خطوط انتقال گاز معرفی شده است. با توجه به ساختار موادی و عملیات صورت گرفته بر روی این ماده، استحکام بالا (تنش تسلیم 690 مگاپاسکال) و چقرمگی بالا (کرنش واقعی واماندگی 150% در آزمایش کشش) از ویژگی های این ماده است. به علاوه این ماده در ناحیه پلاستیک به شدت ناهمسانگرد است. در این مقاله روش مکانیک آسیب محیط پیوسته، که روشی جدید و دارای قابلیت های زیاد می باشد، جهت پیش بینی واماندگی در این ماده مورد استفاده قرار گرفته -است. در ابتدا فرمول بندی های مکانیک آسیب محیط پیوسته به منظور لحاظ پلاستیسیته ناهمسانگرد (پلاستیسیته درجه دوم هیل) اصلاح شده اند. سپس بر اساس فرمول بندی ها، یک سابروتین المان محدود جهت مدل سازی رفتار این ماده نوشته شده است. با انجام آزمایش ها، ثوابت مورد نیاز جهت مدل کردن پلاستیسیته ناهمسانگرد و آسیب استخراج شده اند. مدل سازی و آزمایش بر روی قطعات صاف و فاقدار نشان می دهد که این مدل توانایی پیش بینی واماندگی در شرایط گوناگون بارگذاری را دارا است.
    کلیدواژگان: مکانیک آسیب محیط پیوسته، واماندگی نرم، پلاستیسیته ناهمسانگرد، فولاد خط لوله رده 100، ضریب سه محوره تنش
  • محمدرضا یادگاری دهنوی، ناصر سلطانی صفحه 75
    شیارهای v شکل به دلیل تمرکز تنش بالا همواره مستعد شروع و رشد ترک می باشند. از طرفی مطالعه میدان تنش در مجاورت شیارها و ترک ها با پیچیدگی های فراوان همراه است. در این مطالعه، روش تجربی برهم نگاری تصاویر دیجیتالی برای به دست آوردن میدان جابه-جایی در اطراف شیار V شکل ترک دار در پلیمر PMMA به کار گرفته شده است. با استفاده از اطلاعات استخراج شده از روش برهم نگاری و ارتباط میدان جابه جایی و ضرائب شدت تنش بر اساس رابطه ویلیامز و استفاده از روش حداقل مربعات، ضریب شدت تنش مود اول KI محاسبه شده است. از آنجا که طول ترک و عمق شیار از مهم ترین پارامترهای هندسی موثر بر میدان تنش اطراف شیار v شکل ترک دار می باشند، تاثیر این پارامترها بر ضریب شدت تنش بررسی شده است. در نهایت، نتایج آزمایش ها با نتایج تحلیل المان محدود مقایسه و مطابقت بسیار خوبی مشاهده شده است.
    کلیدواژگان: برهم نگاری دیجیتالی، ضریب شدت تنش، شیار V شکل، ترک
  • امین خدادای، غلامحسین لیاقت *، محمد علی اکبری صفحه 85

    در این مقاله، عملکرد بالستیکی الیاف پلی آرامید با بافت ساده که با سیال غلیظ شونده برشی (STF)آغشته شده مورد بررسی قرار گرفته است. سیال غلیظ برشی، از پراکنده شدن ذرات نانو سیلیکا در پلی اتیلن گلیکول حاصل شده است. سیال غلیظ برشی یک سیال غیر نیوتنی است که غلظت آن با افزایش نرخ برش زیاد می شود. در این تحقیق حد بالستیک و انرژی بالستیک ویژه پارچه دو و چهار لایه که با سیال غلیظ شونده برشی با درصدهای جرمی 15، 25 و 35 نانوسیلیکا آغشته شده، با پارچه خشک مقایسه شده است. نتایج نشان دادند که پارچه آغشته به سیال غلیظ برشی با 35 درصد جرمی نانوسیلیکا دارای بالاترین حد بالستیک برای پارچه دو و چهار لایه در بین تمامی نمونه ها می باشد. نمونه دو لایه آغشته به سیال 35 درصد، دارای بهترین بهبود در انرژی بالستیک ویژه، نسبت به نمونه دو لایه خشک می باشد. عکس های دوربین سرعت بالا نشان می دهند که نمونه های خشک، تغییر شکل های محلی بیشتری در محل ضربه تجربه می کنند. همچنین یک مدل المان محدود با استفاده از نرم افزار LS-Dyna ایجاد شده و نشان داده شد که بهبود عملکرد بالستیکی پارچه آغشته به سیال غلیظ برشی تا حدودی مربوط به افزایش اصطکاک بین پرتابه و پارچه می باشد.

    کلیدواژگان: ضربه، حد بالستیک، کولار، سیال غلیظ برشی
  • محمد علی فارسی، بهرنگ حمیدی قلعه جیق صفحه 95
    مواد مرکب به دلیل کارایی بالا، مقاومت در برابر دماهای بالا، سهولت شکل دهی و وزن سبک، به طور وسیعی در سازه های مدرن به خصوص در هواپیما و وسایل نقلیه فضایی مورد استفاده قرار می گیرند. استحکام و احتمال شکست آنها از مهم ترین دغدغه های مهندسان طراح است. در این مقاله یک سیستم عملی مبتنی بر قابلیت اطمینان جهت تخمین مقاومت نهایی لمینیت های کامپوزیتی مورد بررسی قرار گرفته است. برای به دست آوردن قابلیت اطمینان یک لمینیت کامپوزیتی، از روش قابلیت اطمینان مرتبه اول برای محاسبه استحکام هر یک از اجزاء (تک تک لایه ها) و برای محاسبه شکست کل سیستم استفاده شده و برای یافتن ترتیب های مهم شکست سیستم، از روش شاخه و حد بهره گرفته شده است. در اینجا دو مد خرابی شکست ماتریس و شکست فایبر برای ماده مرکب در نظر گرفته شده است. ابتدا با استفاده از نرم افزار المان محدود و با توجه به معیارهای خرابی مربوط به مدهای مورد نظر و با استفاده از روش FORM، شاخص قابلیت اطمینان محاسبه می شود و سپس احتمال شکست هر مد در هر لایه از روی شاخص قابلیت اطمینان محاسبه شده و در نهایت با استفاده از روش شاخه و حد، ترتیب های مهم شکست به دست می آید. مقایسه نتایج شکست برای محاسبه احتمال اولین شکست ماده مرکب با روش مونت کارلو بیانگر دقت در پیش بینی مد شکست و تقریب احتمال شکست با دقت قابل قبول است.
    کلیدواژگان: قابلیت اطمینان، ماده مرکب، روش FORM، روش شاخه و حد، اجزای محدود، مونت کارلو
|
  • Dr. M.B. Nazari, Dr. M. Shariati, Dr. M.R. Eslami, Dr. B. Hassani Page 1
    The element-free Galerkin method which is enriched intrinsically is applied for fracture analysis of functionally graded materials under mode I steady-state and transient thermal loading. The stress intensity factors are evaluated by means of both equivalent domain integral and displacement correlation technique. Continuum functions and the micromechanical model are used to describe the distribution of material properties. For thermal shock analysis, the modal decomposition method which is a semi-discretization approach is implemented to obtain the transient temperature field. The accuracy of numerical results is verified using the available reference solutions. Also, few parametric analyses are performed to study the effect of material gradation on the stress intensity factors. The results imply that the magnitude of the stress intensity factor reaches to its peak at a short while after the thermal shock which indicates its significant role in the fracture failure.
    Keywords: Functionally Graded Materials, Element, Free Galerkin Method, Equivalent Domain Integral, Displacement Correlation Technique, Thermal Stresses
  • Dr. A. Naddaf Oskouei, Dr. H. Khodarahmi, M. Rezvani Page 17
    In this paper, Abramowitc and Jones model for analyzing dynamic progressive buckling of circular tubes under axial loading have been modified. In the improved model, the dissipated energy due to shortening of tube wall and the effects of inertia of previous folding layers on new one is considered. The mean crushing force and energy absorption, which is predicted by the theoretical model, has higher accuracy than the previous theoretical model. Based on the results of this paper, it is observed that the impact velocity and the mass of striker (neglected in pervious analytical models) are important in mean crush force and absorb energy of circular tube. Also in this research, it has been observed in the experiential tests that in most of the aluminum specimens, the high impact speeds, dynamic progressive buckling and in some samples in which the speed of impact was lower, dynamic plastic buckling happened. In this paper, final reduction in axial length, energy absorption and dynamic average crushing force in specimens in which dynamic progressive buckling has been occurred, is compared and discussed. Based on the results extracted in this thesis, it has been specified that theoretical results have acceptable consistency with experimental results.
    Keywords: Circular Tubes, Axial Impact, Axial Crushing, Progressive Buckling
  • Dr. M. Shariyat, G.H. Rezaei, Dashtabadi, Dr. A.A. Jafari Page 35
    In the present paper, nonlinear analysis of lateral deflection of bidirectional functionally graded circular plates whose material properties vary in both transverse and radial directions is presented. The governing equations of the plate are derived based on the classical theory and von Karman’s nonlinear strain-displacement relations. Due to bidirectional variations of the material properties, influence of the radial derivatives of the material properties and the transverse variations of the properties on the rigidities have appeared in the governing equations. The governing equations are solved by the finite difference method. Incorporation of the finite difference form of the boundary conditions on various points of the boundary is also discussed. Finally, behaviors of plates fabricated from isotropic, transversely-graded, and two-directional-functionally graded materials are investigated and present results are validated against results of the special cases reported in the available well-known references and results of Abaqus software.
    Keywords: Circular Plate, Nonlinear Analysis, Bi, Directional Functionally Graded Materials, Classical Plate Theory, Hamilton's Principle, Finite Difference Method
  • Dr. S. J. Mehrabadi, R. Karimi Samar, M. Bohluli Page 51
    In this paper, mechanical buckling analysis of open circular cylindrical shell reinforced by single-walled carbon nanotubes subject to axial loading is studied. Based on the first order shear deformation theory, the equilibrium and stability equations have been derived using the total potential energy equations and Euler equations. To estimate the material properties, the rule of mixture has been used. The governing equations are solved by considering the boundary conditions of problem and the effects of geometrical parameters and material properties on the critical buckling load have been studied. In order to validate obtained results, comparison study with other available literature has been carried out.
    Keywords: Mechanical Buckling, Open Cylindrical Shell, Carbon Nanotube, Critical Load
  • A. Keshavarz, Dr. R. Ghajar Page 61
    Ductile failure is one of the subjects that many researches on which have been done, up to now. X100 pipeline steel is one of the recently developed materials for gas transfer pipe production. Regarding the metallurgical structure and different treatments, this material has a correct balance between strength (yield stress of 690MPa) and toughness (150% true strain at failure in simple tension). Moreover this material is severely anisotropic in plastic deformation. In this article Continuum Damage Mechanics (CDM), which is a new method with high capabilities, is used to predict the failure of X100 steel. At first the CDM model is modified to take into account the effect of anisotropic plasticity (Hill quadratic plasticity), then according to damage formulations, an FE subroutine is developed to model the failure behavior of this material. Material parameters which are needed in damage and plasticity models are extracted from a series of experiments. Experiments and simulations on smooth and notched specimens show that this model has a good capability to predict the failure in different loading conditions.
    Keywords: Continuum Damage Mechanics, Ductile Failure, Anisotropic Plasticity, X100 Pipeline Steel, Triaxiality Factor
  • M.R. Yadegari, Dehnavi, Dr. N. Soltani Page 75
    V notches are one of the most possible cases of initiation of crack due to the stress concentration. On the other hand study of stress field around notches and cracks is very complex. In this study Digital Image Correlation method was used to obtain displacements fields around V notches with a crack within PMMA specimens. First stress intensity factor was calculated using the data extracted from DIC and the relation between displacement fields and SIF from William’s equation and use of linear least square technique. Since in the defined problem crack length and V notch depth have the most considerable effects on SIF, effect of these parameters on the results was investigated. Finally experimental results were compared with those obtained from FE and good agreement was observed.
    Keywords: Digital Image Correlation, Stress Intensity Factor, V, Notch, Crack
  • A. Khodadadi, Dr. Gh.H. Liaghat, M.A. Akbari Page 85

    In this paper, the ballistic performance of Kevlar plain-woven fabric impregnated with a colloidal shear thickening fluid (STF) is investigated. STF is composed of silicon dioxide nanoparticles and polyethylene glycol and is a non-newtonian fluid behavior defines as the increase of viscosity with the increase in the applied shear rate. The ballistic limit and specific ballistic energy of double and quadruple ply fabric systems impregnated with 15, 25 and 35 wt% STF particle concentration are compared to neat fabric. Results show those targets with 35 wt% STF particle concentration yield the highest ballistic limit for double and quadruple ply fabric. The double ply system with 35 wt% STF particle concentration showed the greatest improvement in specific ballistic energy over neat double ply systems. High speed photography showed that the neat Kevlar experience more localized deformation on impact. A finite element model was created using Ls-Dyna software and it was shown that the increased ballistic performance for shear thickening fluid impregnated Kevlar fabric is at least due to the increased friction between projectile and target.

    Keywords: Impact, Ballistic Limit, Kevlar, Shear Thickening Fluid
  • Dr. M.A. Farsi, B. Hamidi, Ghalejigh Page 95
    Composite materials are used frequently in industrial structures such as airplane and space vehicles. Strength and probability of failure is an important challenge for designer engineers. In this paper a practical method to determine ultimate strength of a composite laminate is explained, this method based on reliability prediction. Strength of each layers and total strength is calculated using First Order Reliability Method and failures sequence is determined by Branch & bound method. In this study two modes for failure are assumed: fiber fracture and matrix fracture. At first step, stress distribution is calculated by FE software (ANSYS Package) then according to failure mode and first order reliability method, reliability index is determined. At the second step, probability of failures mode in all layers are determined. At the end, the important sequences for the failures are determined using branch and bound method. Comparison of this method result with Monte Carlo simulation shows accuracy of this method to predict failure mode and probability of composite laminate failure.
    Keywords: Reliability, Composite Material, FORM, Branch, Bound, FEM, Monte Carlo