فهرست مطالب

مکانیک هوافضا - سال ششم شماره 4 (پیاپی 22، زمستان 1389)

فصلنامه مکانیک هوافضا
سال ششم شماره 4 (پیاپی 22، زمستان 1389)

  • رفتار مکانیکی مواد و سازه ها
  • 104 صفحه، بهای روی جلد: 20,000ريال
  • تاریخ انتشار: 1390/09/10
  • تعداد عناوین: 8
|
  • ناصر کردانی، عبدالحسین فریدون، سیف الله سعدالدین، مرتضی قربانزاده آهنگری صفحه 1
    در این تحقیق، نانو کامپوزیت پلی پروپیلن نانولوله های کربنی تک جداره از طریق اختلاط مذاب پلی پروپیلن و نانو لوله های کربنی تک جداره تهیه شد. خواص مکانیکی و میرایشی نانو کامپوزیت ها به ترتیب با آزمون کشش و آنالیز حرارتی دینامیکی مکانیکی انجام شد. نتایج حاصله نشان داد که نانو لوله های کربنی موجب افزایش 82% در مدول کششی و 27% در استحکام تسلیم می شود. آنالیز حرارتی دینامیکی مکانیکی نشان داد که میزان میرایش با افزایش دما و مقدار نانو لوله های کربنی تقریبا بدون تغییر است. به علاوه، مدول ذخیره نیز همان روند مدول کششی را اثبات می کند. رفتار ساختاری بلور ها، سرعت رشد گویچه ها و پایداری حرارتی نانوکامپوزیت ها به ترتیب با الگوی پراش زاویه پهن X-ray، میکروسکوپ نوری پلاریزه و جرم سنج حرارتی آزمایش شد. داده های حاصل از الگوی پراش زاویه پهن X-ray نشان داد که در نمونه های آرام سرد شده اندازه بلور ها کاهش ولی در سرعت بالای سرد کردن خلاف این نتایج بدست می آید. مطالعات انجام شده در تعیین پایداری نانو کامپوزیت ها نشان داد که دمای شروع تخریب، تنها با افزودن 2% وزنی نانو لوله کربنی به زمینه پلیمری در مقایسه با پلی پروپیلن خالص، رشدی معادل 82 درجه سانتی گراد خواهد داشت.
    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت، نانولوله های کربنی تک جداره، مدول کششی و ذخیره
  • داود نادری، رسول صالحی صفحه 11
    در این مقاله، به بهینه سازی مسیر حرکت ربات موازی دلتا در جابه جایی بین دو نقطه در فضا پرداخته شده است. سینماتیک معکوس ربات به روش حل تحلیلی استخراج شده و سپس مدل سازی دینامیکی ربات دلتا با استفاده از دینامیک کین انجام گرفته است. همچنین با استفاده از معادلات به دست آمده، توابع تغییر زوایای مفصلی عملگرهای ربات برای جابه جایی بین دو نقطه و با شرط بهینه سازی توان مصرفی و گشتاور مورد نیاز تعیین شده اند. تعیین پارامترهای بهینه این توابع، که به صورت منحنی های اسپیلاین می باشند، توسط الگوریتم ژنتیک انجام گرفته است. نتایج شبیه سازی، عملکرد مناسب الگوریتم بهینه سازی پیشنهاد شده برای بهبود عملکرد ربات به ویژه در کاهش توان مصرفی در جاب ه جایی بین دو نقطه را نشان می دهد. همچنین، مقایسه نتایج روابط دینامیکی تحلیلی حاصله با شبیه سازی عددی در نرم افزار ADAMS تطابق مطلوب مدل سازی دینامیکی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: ربات موازی دلتا، بهینه سازی مسیر حرکت، دینامیک کین، الگوریتم ژنتیک، نرم افزار ADAMS
  • کوروش خورشیدی صفحه 25
    در این مقاله، به بررسی ضربه الاستوپلاستیک یک گلوله کروی فولادی با ورق دارای شرایط مرزی دولبه موازی ساده و سایر لبه ها ترکیبی از شرایط مرزی ساده، گیردار و آزاد پرداخته می شود. روش به کار گرفته شده در این تحقیق، بسط توابع ویژه می باشد که جهت به دست آوردن توابع ویژه (شکل مودهای ارتعاشی) و فرکانس های طبیعی از حل دقیق معادلات تعادل کوپل حاصل از تئوری مرتبه اول برشی میندلین-ریزنر استفاده شده و بعد از یافتن فرکانس ها و شکل مودها، ضربه الاستوپلاستیک روی ورق مورد مطالعه اعمال شده است. در این مطالعه، به بررسی و تحلیل عددی اثر پارامترهای مختلف، از جمله جنس و ضخامت ورق، شرایط مختلف مرزی، محل اعمال ضربه و ابعاد و سرعت اولیه گلوله را بر روی زمان برخورد، نیروی ضربه، میزان تقرب، تغییر شکل عرضی محل اعمال ضربه، شعاع دهانه الاستیک و پلاستیک و. .. در هر یک از مراحل سه گانه ضربه پرداخته می شود. جهت صحه گذاری نتایج این مقاله، مقایسه ای بین نتایج به دست آمده و نتایج حاصل از تحلیل به کمک نرم افزار اجزاء محدود ANSYS و همچنین نتایج ارائه شده در مراجع معتبر صورت پذیرفته که تطابق بسیار خوبی نشان می دهد.
    کلیدواژگان: ضربه الاستوپلاستیک، ارتعاش اجباری، ورق مستطیلی، حل دقیق، تئوری میندلین، ریزنر
  • سید محمد مهدی نجفی زاده، علی عنوانی صفحه 43
    در این مقاله، بار بحرانی کمانش مکانیکی برای یک ورق دایروی FGM با لایه های پیزو الکتریک محرک – محرک بر اساس محل تار خنثی و با استفاده از تئوری تغییر شکل برشی مرتبه بالای صفحات به دست آمده است. شرایط مرزی ورق هم گیردار و هم ساده است. در ابتدا، معادلات تعادل و پایداری با استفاده از معادلات اویلر استخراج شده و در ادامه با استفاده از تئوری غشایی نیروهای پیش کمانش محاسبه شده اند. سپس، بار بحرانی برای ورق مذکور به دست آمده و در نهایت نمودارها و جداول مربوط به نتایج حاصل ارائه و با نتایج تئوریک مقالات موجود مقایسه شده اند. نتایج نشان می دهد که برای ضخامت پیزو ثابت، بار بحرانی با افزایش نسبت a/h افزایش و با افزایش نسبت حجمی (n) کاهش می یابد. همچنین، برای ضخامت FGM ثابت نیز با افزایش نسبت h/ph، بار بحرانی افزایش و با افزایش نسبت حجمی کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: ورق دایروی، کمانش، لایه پیزوالکتریک، تار خنثی، تئوری غشایی
  • سیدمحمدمهدی نجفی زاده، شیما آذری، فواد سلماسی صفحه 57
    در این مقاله، به بررسی و تحلیل خمش ورق مستطیل شکل کامپوزیتی به همراه لایه های پیزوالکتریک پرداخته می شود. ورق میانی یک بار ایزوتروپ و بار دیگر ارتوتروپ در نظر گرفته شده و خمش ورق تحت اثر بارگذاری های یکنواخت و سینوسی و در حضور خاصیت پیزوالکتریک به کمک روش کانتروویچ توسعه یافته بررسی شده است. تحلیل بر اساس فرضیات تئوری مرتبه اول تغییر شکل برشی صورت گرفته و فقط به حل مکانیزم پیزوالکتریک از نوع الحاقی محدود شده است. با استفاده از روش گالرکین و به کمک روش کانتروویچ، معادلات حرکت ورق که به صورت دستگاه معادلات دیفرانسیل وابسته غیرخطی می باشند، به یک دستگاه معادلات دیفرانسیل خطی کوپل شده تبدیل شده اند. این معادلات به کمک روش اپراتور، غیر کوپل و سپس حل شده اند. درستی نتایج حاصل، برای ورق کامپوزیت تحت شرایط تکیه گاهی متفاوت، با نتایج حاصل از حل ANSYS و همچنین تحلیل بر مبنای فرضیات تئوری کلاسیک صفحات مقایسه و تایید شده است. نتایج نشان می دهد که روش کانتروویچ، روش دقیقی برای حل معادلات مربوطه بوده و پاسخ ها به سرعت هم گرا می شوند.
    کلیدواژگان: روش کانتروویچ توسعه یافته، روش گالرکین، تئوری مرتبه اول تغییر شکل برشی، روش اپراتور، پیزوالکتریک
  • رضا نقدآبادی، محمد جواد اشرفی، سعید سهراب پور صفحه 71
    در این مقاله، با استفاده از شکل دهنده موج، اثر پارامترهای هندسی مختلف بر شکل موج ورودی و برقراری شرط نرخ کرنش ثابت در آزمایش میله فشاری هاپکینسون بررسی شده است. برای این منظور، شکل دهنده موج دیسکی از جنس مس با ضخامت ها و قطرهای مختلف استفاده شده است. با انجام آزمایش و شبیه سازی در نرم افزار LS-DYNA، اثر پارامترهای ضخامت و قطر شکل دهنده موج، سرعت میله ضربه زن و طول آن بر شکل موج ورودی بررسی و ابعاد مناسب شکل دهنده موج برای نمونه های ترد و سخت شونده مشخص شده است. همچنین، آزمایش میله فشاری هاپکینسون برای نمونه های چدنی GGG-60 با شکل دهنده موج با ابعاد مختلف و بدون آن انجام شده است. نتایج نشان می دهد که تغییرات نرخ کرنش در نمونه چدنی با استفاده از شکل دهنده موج با ابعاد مناسب تا چند برابر کاهش یافته که این امر بر اعتبار نتایج آزمایش میله فشاری هاپکینسون می افزاید.
    کلیدواژگان: آزمایش میله فشاری هاپکینسون، شکل دهنده موج، نرخ کرنش بالا، انتشار موج
  • محمد مشتاقیان، خداداد واحدی صفحه 81
    در این مقاله، ابتدا یک مدل تحلیلی برای نفوذ پرتابه های سرعت بالا به اهداف سرامیک/کامپوزیت ارائه شده که پس از تامین داده های ورودی می توان سرعت باقی مانده، جرم باقی مانده، سرعت لحظه ای پرتابه و عمق نفوذ در هر لحظه را به عنوان خروجی از مدل استخراج نمود. این مدل بر اساس معادلات انرژی و مومنتوم تیت، آلکسیوسکی و کوکرون بیان شده است. در این مدل، پدیده نفوذ طی دو فاز بررسی می شود. در فاز اول، مخروط سرامیکی در حال شکل گیری بوده و هیچ گونه نفوذی در الیاف وجود ندارد. در فاز دوم، مخروط سرامیکی شکسته شده به همراه پرتابه به الیاف نفوذ می کند. در این فاز، معادلات حرکت پرتابه برای نفوذ در سرامیک و سپس الیاف کامپوزیتی استخراج و برای حصول نتایج حل شده است. این مدل برای پرتابه تنگستنی و هدف آلومینا به عنوان سرامیک و دینما یا کولار به عنوان کامپوزیت استفاده و نتایج ارائه شده تطابق بسیار خوبی با نتایج حل عددی و همچنین مدل تحلیلی کوکرون و گالوز دارد.
    کلیدواژگان: برخورد بالستیک سرعت بالا، نفوذ، اهداف سرامیک کامپوزیت، مدل تحلیلی
  • علی مظفری، حسن جعفری صفحه 95
    در این مقاله، با استفاده از روش تئوری تغییر شکل برشی درجه اول(FSDT) و با توجه به حل عددی ردی (Reddy)، به بررسی کمانش پوسته های استوانه ای از جنس FMLپرداخته شده است. با توجه به گستردگی کاربرد FML و گسترش موارد استفاده از آن، دهنه استوانه ای از نوع گلر(GLARE)، تحت بار محوری با تکیه گاه های ساده در نظر گرفته شده و اثر پارامترهای مختلف FML، از جمله کسر حجمی فلز MVF))، زاویه الیاف، لایه چینی های متفاوت و ابعاد هندسی روی نیرو و مدهای کمانش بررسی شده و بر روی نتایج به دست آمده بحث شده است. با کاهش تعداد لایه فلز در MVF ثابت افزایش نیروی کمانش را موجب می شود. نتایج حاصل از این تحلیل به خوبی با نتایج سایر مراجع ذکر شده مطابقت دارد.
    کلیدواژگان: فلز الیاف، چندلایه، کمانش، کسر حجمی، مواد مرکب
|
  • N. Kordani, A. Fereidoon, S. Sadoddin, M. Ghorbanzadeh Ahangari Page 1
    In this work, polypropylene/single walled carbon nanotube nanocomposites were prepared with melt mixing method.Mechanical and damping behaviors of nanocomposites were investigated by tensile test and dynamic mechanical thermal analysis (DMTA), respectively. Experimental results showed that carbon nanotube causes tensile modulus to increase about 82% and yield strength about 27%. DMTA test showed that damping do not change with increasing temperature and amount of carbon nanotubes. Also storage modulus had the same behavior as tensile modulus. The behavior of crystals structure, spherulites growth rate, and thermal stability of nanocomposite were investigated with wide-angle X-ray diffraction, Polarize Light Microscope, and Thermal Gravitation(TG), respectively. X-ray diffraction test showed that for slow cooling specimen, size of crystal decreases, but for fast cooling specimen, it increases. Studies in stability of nanocomposite showed that temperature destruction was increased about 82◦C even with 2% weight fraction nanotubes in compare with pure polypropylene.
    Keywords: Nanocomposite, Single Walled Carbon Nanotube, Tensile, Storage modulus
  • D. Naderi, R. Salehi Page 11
    In this paper, path optimization for delta robot in traveling between two arbitrary points is presented. Using the dynamic model, joint trajectories of delta robot are optimized considering the required power and torque in traveling between two points. To detect optimal parameters for joint trajectories, spline functions are optimized via genetic algorithm. Results of simulation indicate good performance of suggested algorithm (specifically in the case of reducing the power usage) for robot movement from one point to another in a 3-D space. Also, solution to dynamic modeling of the robot, using Kane dynamics reveals good matching results as are compared to an ADMAS numerical simulation.
    Keywords: Delta Parallel Robot, Path Optimization, Kane Dynamics, Genetic Algorithm, ADAMS Software
  • K. Khorshidi Page 25
    In this study, the solution of small mass impact on a moderately thick rectangular plate was derived semianalytically,based on elastic Hertzian contact law. A set of exact closed-form in-plane and transverse displacement equations are given for the first time, using the so-called Mindlin plate theory (a first-order shear deformation theory) for the plates having two opposite edges that are simply supported. The other two edges may be given any possible combination of free, simply-supported and clamped boundary conditions. The proposed analytical method is verified by observing excellent agreements to those available in the literature. Finally, the influence of boundary conditions,material properties, dimensions of the plate and initial velocity and radius of the spherical impactor on the impact parameters are examined and discussed in detail.
    Keywords: Elasto, plastic Impact, Forced Vibration, Rectangular Plate, Exact Solution, Mindlin Theory
  • M.M. Najafizadeh, A. Onvani Page 43
    In this research, the critical buckling load of a FGM circular plate with actuator-actuator piezoelectric layers is calculated based on neutral-axis and using higher-order shear deformation plate theory. The plate is clamped and simply supported. Equilibrium and stability equations are derived using the Euler equations, while pre-buckling forces are obtained using the membrane theory. Then, the critical buckling loads are derived and the graphs and tables are presented and compared with other available theoretical data. The results show that for constant thickness of piezoelectric layer, critical buckling load is increased by increasing the aspect ratio (h/a) and is decreased by increasing volume fraction exponent. Also, for FGM thickness constant, critical buckling load is increased by increasing the aspect ratio (hp/h), while decreased by increasing volume fraction exponent.
    Keywords: Circular Plate, Buckling, Piezoelectric Layer, Neutral Axis, Membrane Theory
  • M.M. Najafizadeh, Sh. Azari, F. Salmasi Page 57
    This paper presents a theoretical bending analysis of rectangular composite plates with piezoelectric layers. The host plate has been chosen orthotropic and isotropic, respectively and has been analyzed under uniform and sinusoidal loads with piezoelectric property, using the extended Kantorovich iterative procedure. The solution has been developed, based on the first order shear deformation theory, and it is limited only for the solution of extension type piezoelectric mechanism. With the iterative procedure and using Galerkin method, the dependent non-linear system of differential equations of the plate have been changed to the couple linear differential equations, which is decoupled and solved by the operator method. The Result of the present analytical method for composite plate, under different boundary conditions, have been verified by comparing with classical plate theory results and with finite element and ANSYS result. The results show high accuracy, while the iterative process converges very rapidly.
    Keywords: Extended Kantorovich Method, Galerkin Method, First Order Shear Deformation Theory, Operator Method, Piezoelectric
  • R. Naghdabadi, M.J. Ashrafi, S. Sohrabpour Page 71
    In this paper, using a pulse shaper, different geometric parameters affecting the incident pulse shape and achieving a constant strain rate condition are studied. To this end, pulse shapers in different thicknesses and diameters were made from copper. Based on wave propagation analysis, proper incident pulse shape for testing brittle and hardening materials were determined. In addition, performing experiments and simulations in LS-DYNA, the effects of pulse shaper thickness, its diameter, striker velocity, and its length on incident pulse were studied. Moreover, several Hopkinson tests for cast iron (GGG-60) specimens with and without pulse shaper were carried out. The results show that using pulse shaper with proper dimensions helps to achieve constant strain rate condition which is highly desirable in split Hopkinson pressure bar testing.
    Keywords: Split Hopkinson Pressure Bar, Pulse Shaper, High Strain Rate, Wave Propagation
  • M. Moshtaghian, Kh. Vahedi Page 81
    In this article, a simple analytical model for a high velocity projectile penetrating into a ceramic-faced composite armor is presented. The output of the model is residual velocity, residual mass, projectile instantaneous velocity, and projectile instantaneous penetration depth. The model is based on momentum and energy balance developed by Tate,Alekseeviski, and Chocron. In this model, penetration process is investigated in two phases. The first phase is when ceramic conoid is formed and there is no penetration into yarns and the second phase is when ceramic-conoid penetrates into backing composite material along with the projectile. The governing equations are developed and the results are analyzed. The model is tested for a tungsten rod and an alumina-faced dyneema and a kevlar. The results are in good agreement with numerical simulation and analytical results of Chocron & Galvez.
    Keywords: High Velocity Impact Ballistics, Penetration, Ceramic, Composite Armor, Analytical Model
  • A. Mozaffari, H. Jafari Page 95
    In this paper, the buckling load and buckling modes of FML panel, using first order shear deformation theory, has been studied, based on the Reddy's numerical solution. Because of various applications of FML shells, GLARE panel was considered. The effects of geometry, lay-up, and MVF were determined. Boundary conditions were simply supported and the panel was axially loaded. The results for Glare panel are presented and discussed. Reducing the number of metal layers at a constant MVF increases the Buckling load. The results from the finite element model were found to be in general agreements with the other references.
    Keywords: Fiber Metal, Laminate, Buckling, MVF, Composite Materials