فهرست مطالب

مکانیک هوافضا - سال پنجم شماره 4 (پیاپی 18، زمستان 1388)

فصلنامه مکانیک هوافضا
سال پنجم شماره 4 (پیاپی 18، زمستان 1388)

  • رفتار مکانیکی مواد و سازه ها
  • تاریخ انتشار: 1388/10/11
  • تعداد عناوین: 7
|
  • عبدالحسین فریدون، سید ایمان احمدی حسینی، علی محی الدین صفحه 1
    استفاده از مواد مرکب هدفمند در اتصال دو ماده با خواص الاستیک بسیار متفاوت، منجر به از بین رفتن اثرات زیان آور نیروهای بین وجهی ناپیوسته که به واسطه چسبندگی ضعیف ناشی از میل ترکیبی شیمیایی پایین و اثرات تمرکز تنش بالا بوجود آمده اند، در سطح مشترک دو ماده می شود. بنابراین، طراحی بهینه این مواد، احتمال گسیختگی های ناشی از رشد ناپایدار ترک را به حداقل می رساند. هنگامی که ترک در جهت عمود بر شیب تغییرات قرار می گیرد، میدان تنش نامتقارن بوجود آمده در نوک ترک مد ترکیبی ایجاد می کند و موجب انحراف ترک می شود. در این تحقیق، برای ترکی که تحت بارگذاری خمشی قرار دارد، در دو حالت (گرادیان پیوسته و گرادیان لایه ای) ضرایب شدت تنش و زاویه فاز بارگذاری به روش اجزاء محدود محاسبه شده است. به منظور بهینه کردن پارامترهای شکست در جلوگیری از رشد ناپایدار ترک، تاثیر متغیرهایی نظیر شکل و پهنای ناحیه گرادیان، موقعیت و طول ترک و تنش های پسماند بر ضریب شدت تنش و زاویه فاز بررسی شده است. کمترین مقدار ضریب شدت تنش مختلط به ازای توان پروفیل 25/2 و پهنای گرادیان 9 میلیمتر بدست آمده است.
    کلیدواژگان: مواد هدفمند، روش اجزاء محدود، ضریب شدت تنش، انتگرال جی، مد ترکیبی
  • محمود مهرداد شکریه، حمیدرضا عبدالوند صفحه 15
    در این مقاله، به استخراج روابط سه بعدی حاکم بر انتقال حرارت در کامپوزیت های پایه پلیمر در معرض آتش پرداخته شده است. پس از مدل سازی ریاضی، با در نظر گرفتن تغییر خواص فیزیکی کامپوزیت در حین حرارت دهی، حل معادلات به روش تفاضل محدود انجام شده است. مدلی نیمه تجربی نیز برای یافتن توزیع دما در نمونه های کامپوزیتی ارائه شده است. نتایج حاصل حاکی از تغییر شدید دما در راستای ضخامت است. گسترش دما در راستای الیاف راحت تر از گسترش در راستای عمود بر الیاف صورت می گیرد. آزمایش های آتش روی نمونه های شیشه- اپوکسی انجام شده و نتایج آن با مدل مقایسه شده است. نتایج آزمایش ها حاکی از گسترش راحت تر حرارت در راستای الیاف برای نمونه های ساخته شده از الیاف تک جهته است. گسترش مد تورق ایجاد شده در نمونه های ساخته شده از الیاف تک جهته به صورت بیضوی و در نمونه های ساخته شده از الیاف بافته شده به صورت دایره ای است.
    کلیدواژگان: کامپوزیت، ترمودینامیک، آتش، مدل سازی سه بعدی
  • حسین اشرفی، مهرداد فرید صفحه 33
    در این مقاله، فرآیند حل محاسباتی جدیدی به منظور فرمول بندی و تحلیل مسئله تماس نانو فروروی بین یک فرورونده صلب و یک نیم فضای ویسکوالاستیک برای یک هندسه دلخواه و بدون در نظر گرفتن اصطکاک ارائه می شود. استخراج روابط بین توزیع فشار تماسی، نیروی عامل بر فرورونده و میزان نفوذ در نیم فضای ویسکوالاستیک از خواسته های اصلی این مطالعه است. با بکارگیری یک فرمول بندی مناسب در معادلات و استفاده از یک رهیافت وارون سازی ماتریسی جدید، مسئله فروروی ویسکوالاستیک با ارضای دقیق شرایط مرزی حل می شود. مقایسه نتایج عددی با حل تحلیلی فرایند بارگذاری و باربرداری در فرورونده های کروی دقت بالای شیوه حل عددی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: مکانیک تماس ویسکوالاستیک، نانو فروروی تماسی، حل محاسباتی وارون سازی ماتریسی، فرورونده های کروی
  • محمدحسین مظفری دهشیری، علیرضا شفیعی، علیرضا فتوحی فیروز آباد صفحه 43

    در این تحقیق، رشد یک ترک نامحدود در مد دوم در یک نیم صفحه الاستیک خطی مورد بررسی قرار گرفته است. با استفاده از معادلات الاستودینامیک و تکنیک وینر- هاف، رابطه دقیق تنش جلوی ترک با توجه به سرعت رشد آن استخراج شده است. با مقایسه جواب بدست آمده با پاسخ مد اول می توان نتیجه گرفت که در مد دوم تاثیر موج طولی در افزایش تنش نسبت به مد اول کمتر است.

    کلیدواژگان: نیم صفحه الاستیک، رشد ترک، تکنیک وینر، هاف، روش کانیارد، دهوپ
  • سعید فعلی، افشین شکری صفحه 53
    در این مقاله، مدل های ارائه شده قبلی برای تحلیل فرایند فرو ریزش ستون ها با مقطع مربعی تحت بار ضربه ای اصلاح گردیده است. برای این منظور، اتلاف انرژی ناشی از کوتاه شدگی اولیه دیواره های مقطع و اثرات اینرسی لایه های چین خورده قبلی در نظر گرفته شده است. نیروی لهیدگی متوسط محاسبه شده با این روش همخوانی مناسبی با نتایج تجربی داشته و نسبت به مدل های 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 های تحلیلی قبلی برای محاسبه نیروی متوسط لهیدگی از آن صرفنظر شده، تاثیر بسزایی در نیروی فرو ریزش مقطع و میزان جذب انرژی آن دارد.
    کلیدواژگان: مقاطع مربعی، ضربه محوری، فروریزش، لهیدگی محوری
  • امیر حسین اثباتی، سعید ایرانی، حمید موسی زاده صفحه 67
    در این پژوهش، برای بررسی پایداری استاتیکی و دینامیکی سازه های هوافضایی، مدل تیر دوسرآزاد مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور، از مدل تیر پله ای تیموشنکو استفاده شده و در آن اثر اینرسی دورانی و پارامتر تغییر شکل برشی بررسی شده است. مدل نیروی وارده، نیروی تعقیب کننده به همراه سیستم کنترل راستای اعمال نیروست. این نیرو دو ترم پایستار و ناپایستار دارد و برای مدل کردن سازه های هوافضایی مناسب است. معادله مولد برای این سیستم با استفاده از اصل همیلتون نوشته شده و اثر ترم ناپایستار نیروی تعقیب کننده در آن وارد شده است. این معادله به روش اجزاء محدود حل شده و نتایج آن با مراجع دیگر برای مدل تیر یکنواخت، معتبرسازی شده است. نتایج تحقیق نشان می دهد که با کمی تغییر در خواص جرمی و سطحی تیری که سیستم کنترل راستای اعمال نیرو ندارد، در مراحل مختلف نیروی بحرانی تغییر زیادی می کند. همچنین، تغییر خواص جرمی و سطحی باعث تغییر ناپایداری از استاتیکی به دینامیکی و بالعکس می شود و تغییر زیادی در نیروی بحرانی ایجاد می کند. علاوه بر آن، در تیری که سیستم کنترل راستا دارد، با تغییر در ضریب حسگر و موقعیت آن، نقطه برخورد اولین فرکانس غیر صفر تغییر نمی کند، اما رفتار سیستم و نوع ناپایداری آن تغییر می کند. بر این اساس، حداکثر نیروی تعقیب کننده برای نسبت های مختلف قطر ارائه شده است.
    کلیدواژگان: تیر پله ای سه مرحله ای، تیر تیموشنکو، نیروی تعقیب کننده، روش اجزاء محدود
  • سید جعفر روزگار، مجید میرزایی، آرش کشاورز صفحه 81

    در این تحقیق، به مطالعه روش اجزاء محدود توسعه یافته برای مدل سازی ترک های دوبعدی، به منظور بررسی تاثیر توابع نوک ترک در فرایند غنی سازی، پرداخته شده است. دو کد با قابلیت مدل سازی مسائل شکست صفحه ای با استفاده از المان مثلثی کرنش ثابت و المان چهاروجهی چهارگرهی آماده شده و با توجه به این المان ها طرح های ساده و جدیدی برای فرآیند غنی سازی پیشنهاد شده است. ضرایب شدت تنش برای چند مسئله شناخته شده با استفاده از روش های انتگرال J و انتگرال برهم کنش محاسبه شده است. نتایج نشان می دهد که حذف توابع نوک ترک تاثیر چندانی بر نتایج به دست آمده در مسایل صفحه ای ندارد. همچنین، نشان داده شده که در مقایسه با روش انتگرال J، روش انتگرال برهم کنش جواب های قابل اعتمادتری ارائه می دهد.

    کلیدواژگان: روش اجزاء محدود توسعه یافته، مکانیک شکست، غنی سازی، انتگرال J، انتگرال برهم کنش
|
  • A. Fereidoon, S.A. Ahmadi Hoseini, A. Mohyeddin Page 1
    Application of functionally graded materials (FGM''s) to join materials with extremely different thermo-mechanical properties can reduce sharp interface stresses caused by weak chemical affinity and high residual stress concentration. So، if the functionality of gradient regions be designed properly، it can minimize the failure probability due to unstable crack propagation. It has been shown that if the material gradient is parallel to the crack، the asymmetric stress field results in mixed-mode fracture and crack deviation for its initial direction. Mixed-mode stress intensity factors (SIF''s) and phase angle are computed by finite element method for a four-point-bending problem assuming functionally and multi-layered gradient regions. In order to obtain an optimum design، the effect of slope and breadth of gradient region، crack geometry، and residual stress field on fracture parameters (including SIF''s and phase angle) are studied. Minimum value of complex stress intensity factor is obtained per 2. 25 for profile power and 9 mm for width of gradient region.
  • M. M. Shokrieh, H. R. Abdolvand Page 15
    In this article، three-dimensional temperature distribution in polymer matrix composites، exposed to fire is studied. Considering the variation of the thermal properties of composites during the heating process، equations are solved using a finite difference method. Also، strong variation of temperature through the thickness of composites is observed. More heat transfer in the longitudinal direction is observed than that of the transverse direction. A semi-empirical model for simulation of the distribution of temperature in composites is presented. Experiments are performed on glass/epoxy composites and the results are compared with the theoretical results. The morphology of delamination are elliptical and circular for unidirectional and woven laminates، respectively.
  • H. Ashrafi, M. Farid Page 33
    In this paper، the procedure of a novel computational solution for the formulation and analysis of nano-indentation contact problems between a viscoelastic half-space and a rigid indenter of any arbitrary geometry is presented. The main objective of this paper is to develop the relations which link the contact pressure distribution، the load on the indenter، and the indentation depth with assumption that the surfaces are frictionless. The viscoelastic indentation problem has been solved numerically employing a proper formulation in constitutive equations and applying a new matrix inversion approach satisfying the boundary conditions. The computational approach has been validated by comparing the numerical results to the analytic ones for loading and unloading process of a spherical nano-indenter.
  • M.H. Mozaffari Dehshiri, A. Shafiei, A. Fotoohi Firouzabad Page 43

    In this research، crack propagation in mode II is considered. Relation between stress in front of crack tip and velocity is extracted by means of Wiener-Hopf technique. As a result، by comparing the solutions of modes I and II، it is verified that in mode II the effect of dilatational wave in increasing stress is smaller than that in mode I.

  • S. Feli, A. Shokri Page 53
    In this paper، previous analytical models for analyzing dynamical progressive buckling of square tubes under axial loading have been modified. In the improved model، the dissipated energy due to shortening of tube walls and the effects of inertia of previous folding layers are considered. The mean crushing force، which is predicted by the analytical model، has acceptable consistency with the results of experimental tests and in most cases their accuracy is higher. 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 in absorb energy of a square tube.
  • A.H. Esbati, S. Irani, H. Moosazadeh Page 67
    In this research، a free-free Timoshenko beam was used as a mathematical model to investigate static and dynamic characteristics of a typical type of aerospace structures. For this purpose، stepped Timoshenko beam was modeled، considering the shear deformation and rotary inertia parameters. The external force was combination of a follower force and the control system force in the direction of the force. The conservative and non-conservative parts of the acting force were taken into account in this analysis. Hamilton’s principle was used to develop the governing equations. The whole mathematical model was solved using finite element method. The results were validated by comparing a simple uniform beam with other references. It was concluded that، for models without control system، small variation in mass distribution or section properties can cause significant changes in critical follower force، and also could change the characteristics of the instability from static to dynamic or vice versa. For beams with control system، the conjunction of the first non-zero frequency with the horizontal axes was remained almost fixed for different IMU locations and control gains. However، the system behavior and the characteristics of the instability depended on the IMU location and the control gains. Finally، the effects of the variation in diameter ratios on the critical controlled follower forces were studied and presented in this paper.
  • S.J. Rouzegar, M. Mirzaei, A. Keshavarz Page 81

    In this study، the extended finite element method (XFEM) was used for modeling 2-D cracks in order to investigate the significance of the crack tip functions in the enrichment procedure. Two codes were prepared to simulate fracture of plane problems using constant strain triangle (CST) element and 4-node quadrilateral (Q4) element. Considering these elements، new and simple schemes were proposed for enrichment procedure. The stress intensity factors (SIF) for several benchmark problems were calculated، using the J-integral and the interaction integral methods. The results show that the elimination of crack tip functions has no noticeable effect on the accuracy of the computed stress intensity factor (SIF) for plane problems. It was also shown that the interaction integral method is more efficient than the J-integral method for computation of SIF in such problems.