دانلود پایان نامه ارشد : طراحی، ساخت و تست دینامیکی سازه‌های کامپوزیتی جدارنازک Closed Loop

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : مکانیک

گرایش : سازه و بدنه خودرو

عنوان :  طراحی، ساخت و تست دینامیکی سازه‌های کامپوزیتی جدارنازک Closed Loop

دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

دانشکده مهندسی مکانیک

طراحی، ساخت و تست دینامیکی سازه‌های کامپوزیتی جدارنازک Closed Loop – درمحدوده بارگذاری دینامیکی

پایان‌نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

در رشته مهندسی مکانیک گرایش سازه و بدنه خودرو

استاد راهنما:

دکتر جمال زمانی  

 دکتر رضا کاظمی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

در این پایان نامه مخازن کامپوزیتی از جنس الیاف شیشه آغشته به رزین پلی‌استر با ابعاد مشخصی طراحی و در نهایت نمونه­ای از این مخازن، ساخته و تحت تست دینامیکی قرار گرفته شد. هدف این تحقیق بررسی کارایی پارچه‌ کامپوزیتی به جای الیاف کامپوزیتی می‌باشد. در ابتدا رفتار مخازن کامپوزیت مورد بررسی قرار گرفت که در نتیجه جنس لاینر، آلومینیوم 6063 انتخاب گردید. این نمونه‌ها در ابعاد هندسی مختلف با ضخامت یکسان با توجه به تحقیقات انجام‌شده، طراحی و ساخته شد.

پس از انجام تست دینامیکی بر روی لاینر و بدست آوردن فشار ترکیدن دینامیکی این مخازن، به تقویت آنها به کمک پارچه‌های بافته‌شده کامپوزیتی پرداخته شد و اثر پارچه‌های کامپوزیتی مختلف موردبررسی قرارگرفت. این مخازن توسط  پارچه‌های کامپوزیتی سوزنی (شبه‌ ایزوتروپیک)، ساتنی  [0˚/90˚] و چندمحوره [45˚/-45˚] در تعداد لایه‌های مختلف تقویت‌گردید و اثرات آن‌ها با یکدیگر مقایسه‌شد.

در ادامه، به اثرات افزایش تعداد لایه‌ها بر روی تغییرات فشار ترکیدن دینامیکی در حالت استفاده از یک نوع پارچه کامپوزیتی، پرداخته‌شد.

در این پژوهش به بررسی اثرات پارچه‌های کامپوزیتی مختلف با تعداد لایه‌های یکسان پرداخته و میزان افزایش فشار ترکیدن دینامیکی این مخازن نسبت به لاینر فلزی موردبررسی قرار گرفت. درحالتی‌که از پارچه کامپوزیتی ساتنی  [0˚/90˚]استفاده گردید، 24 درصد و با استفاده از پارچه‌های چندمحوره [45˚/-45˚]، 33 درصد و کامپوزیتی سوزنی، 46 درصد افزایش در فشار ترکیدن دینامیکی مشاهده‌ می‌شود.

در نهایت به بررسی اثر طول مخازن روی فشار ترکیدن دینامیکی پرداخته شد. نتایج حاکی از آن است که با توجه به قرار گرفتن هندسه این مخازن در گروه استوانه‌های متوسط افزایش طول اثر چندانی روی فشار ترکیدن دینامیکی ندارد. همچنین در این طرح نتایج به دست آمده با نتایج محاسبات تئوری مقایسه گردید که مطابقت خوبی مشاهده‌شد.

واژه‌های کلیدی: کامپوزیت ـ مخازن جدار نازک ـ تست دینامیکی ـ فشار ترکیدن دینامیکی ـ الیاف‌پیچی ـ فشار داخلی ـ  زاویه پیچش

فهرست مطالب

فصل 1: مفاهیم ‌و ‌پیشینه ‌تحقیق 1

1-1- تاریخچه 2

1-2- معرفی انواع مخازن CNG 3

1-2-1- مخازن نوع اول، مخزن تمام فلزی 4

1-2-2- مخازن نوع دوم، مخزن کمرپیچ 5

1-2-3- مخزن نوع سوم، مخزن تمام‌پیچ 6

1-2-4- مخزن نوع چهارم، مخزن تمام‌کامپوزیتی 7

1-3- مقایسه انواع مخازن: 8

1-4- مقایسه کیفی مخازن ذخیره گاز طبیعی: 9

1-5- تکنولوژی رشته‌پیچی 9

1-5-1- مراحل فرآیند 10

1-5-2- روش‌های الیافپیچی 10

1-5-3- مزایای و معایب رشته‌پیچی 11

1-5-4- انواع ماشین های رشته پیچی 11

1-5-5- فرآیند تولید 12

1-5-6- الگوهای پیچش 13

1-6- مخازن کامپوزیتی پیچیده‌شده با پارچه کامپوزیتی 15

1-6-1- پیچش پارچه‌های زاویه‌دار (Angle-ply) 15

1-7- مکانیک شکست مواد کامپوزیتی 16

1-8- رابطه تنش ـ کرنش برای لایه ای با جهت دلخواه 19

1-9- تخمین شکست 22

1-9-1- تخمین شکست در یک لایه تک جهته 23

1-9-2- تئوری شکست سای ـ وو 24

1-9-3- معیار شکست اصلاح شده سای وو 27

1-9-4- مقدمهای از تحلیل شکست تدریجی 27

1-9-5- چند تئوری پس شکست 28

فصل 2: مروری بر مقالات 31

2-1- مقدمه 32

2-2- مروری بر مقالات انجامشده 32

2-3- نتیجه‌گیری 42

فصل 3: دستگاه بارگذاری و نحوه ساخت مخازن 43

3-1- معرفی دستگاه تست دینامیکی 44

3-1-1- قابلیت‌های دستگاه بارگذاری دینامیکی 44

3-1-2- اجزای دستگاه بارگذاری دینامیکی 45

3-1-3- مدار هیدرولیک دستگاه 47

3-1-4- ثبت نتایج دینامیکی 48

3-1-5- آزمایشات دینامیکی: 51

3-1-6- تعیین نوع مخازن 51

3-1-7- تئوریهای شکست جونز 52

3-1-8- تئوری حد بالا 53

3-1-9- تئوری حد پایین 53

3-2- انتخاب ضخامت صفحات دو انتها 56

3-3- ضخامت قسمت استوانه‌ای 57

3-4- فشار تئوری ترکیدن 58

3-5- تعیین اجزای سازنده استوانه کامپوزیتی 58

3-6- رزین‌ها 60

فصل 4: نتایج تجربی تست‌های دینامیکی 62

4-1- مقدمه 63

4-2- شماره‌گذاری اختصاری نمونه‌های آزمایشی 64

4-3- بررسی نتایج حاصل از نمونه‌ها 65

4-4- بررسی نتایج دینامیکی و اثر هندسه مخازن استوانه‌ای 67

4-5- بررسی اثرات پارامترهای مختلف بر روی فشار ترکیدن نمونه‌ها 70

4-6- نتایج تست دینامیکی و قیاس آن با تحقیقات پیشین 75

فصل 5: نتیجه‌گیری و پیشنهادات 80

5-1- نتیجه‌گیری 81

5-2- پیشنهادات 83

مراجع 84

پیوست‌ها 89

  • تاریخچه

کشف این واقعیت که بسیاری از کشورها دارای منابع فراوان گاز طبیعی هستند و این که آلودگی CNG  در مقایسه با سوخت‌های مایع بسیار کمتر می‌باشد، باعث گسترش بیش از پیش خودروهای گازسوز گردید.  موتورهای بنزینی که گازسوز می شدند، توان کمتری نسبت به نمونه بنزینی داشتند، ولی با طراحی موتورهای اختصاصی CNG  این مشکل رفع شد.  امروزه به دلایل اقتصادی و زیست محیطی که در بالا بیان شد، صنعت خودروهای CNG سوز بسیار گسترش یافته است[1]. 

صنعت خودرو، خواهان تولید مخازن سبک‌تر بود تا اثر آن را به روی عملکرد وسایل نقلیه کم کند.  بدین ترتیب در اواخر دهه70 تولید و توسعه مخازن کم وزن آغاز گردید و تاکنون در بسیاری از کشورها این مخازن مورد استفاده قرار گرفته می‌شود.

 اولین مخازن کامپوزیتی در سال 1977 وارد بازار شدند.  این سیلندرها از یک لاینر[1] فلزی که با الیاف شیشه پیچیده شده بود و قبلاً کاربردهای فضایی داشت، ساخته شده بودند. در سال 1982 مخازن با لاینر آلومینیومی با پیچش محیطی الیاف شیشه در صنعت  CNGمورد استفاده قرار گرفت.

 این روند سبک‌سازی مخازن تا سال 1985 و با ارائه مخازن لاینر فولادی و الیاف شیشه ادامه داشت. گاز CNG برای استفاده در خودروها می بایست در فشار 200 بار یا 20 مگاپاسکال نگهداری شود که این امر اهمیت فراوان مخازن تحت فشار نگهدارنده گاز و همچنین استانداردهای موجود در این زمینه را نشان می‌دهد[2].

در اواخر دهه 80 طرح‌های کاملاً پیچیده شده با لاینرهای فلزی و پلاستیکی در سوئد، روسیه و فرانسه تولید شد. در آمریکا پس از توسعه استانداردها، تولید طرح‌های کامل رشته‌پیچی شده با لاینرهای نازک آلومینیومی و یا پلاستیکی با پوشش الیاف شیشه و یا الیاف کربن در سال 1992 آغاز شد[3].

به منظور کاهش هرچه بیشتر وزن مخازن CNG طرح‌های کامپوزیتی کاملاً پیچیده با لاینرهای  فلزی یا پلاستیکی ارائه گردید. در این طرح‌ها الیاف به طور کامل به دور مخزن پیچیده شده بودند. وظیفه اصلی تحمل بار ناشی از فشار بر عهده الیاف‌پیچیده شده بود. بدین­سان لاینرها دارای ضخامت کمی بودند. ساخت لاینر فلزی مخازن به شکل مستطیلی(جعبه ای)، عایق کاری آن را مشکل می کند و همچنین از استحکام کمتری به علت جوشکاری در درزها برخوردار می‌باشد. در مخازن استوانه‌ای در دو سر انتهایی، دو نیم کره عدسی شکل به روش‌های خاص شکل‌دهی ایجاد می‌گردند که نیاز به جوشکاری را از میان بر می‌دارد. البته بخش عمده‌ای از هزینه ساخت مخازن استوانه‌ای را هزینه همین قسمت‌های نیمکره‌ای تشکیل می‌دهد.

  • معرفی انواع مخازن CNG

 به طورکلی مخازن  CNG به شکل استوانه‌های یک پارچه و بدون درز می‌باشند که ابتدا و انتهای آن‌ها با قسمت‌های بیضوی شکل که دم[2] نام دارند، بسته می‌شود. طبق استاندارد ISO 11439  مخازن  CNGبه چهار دسته تقسیم می‌شوند که عبارتند از : [2]

  1. مخازن کاملاً فلزی[3]
  2. مخازن با لاینر فلزی و الیاف کامپوزیتی رشته‌پیچی شده به دور قسمت استوانه‌ای[4]
  3. مخازن با لاینر فلزی و الیاف کامپوزیتی رشته‌پیچی شده به دور کل مخزن[5]
  4. مخازن کاملاً کامپوزیتی با لاینر پلاستیکی[6]

 مخازن نوع اول، مخزن تمام فلزی

این مخازن بدون درز و از جنس فولاد یا آلومینیوم می‌باشند. گرچه نوع آلیاژ مورداستفاده و همچنین تنش‌های طراحی این گونه مخازن در استاندارد مشخص نگردیده است ولیکن این گونه مخازن فولادی یا آلومینیومی باید آزمون‌های کارایی را بگذرانند. آزمون‌ها به دلیل اطمینان از چقرمگی و مقاومت در برابر تنش، خوردگی و ترک در جنس به کار رفته، صورت می‌گیرند. همچنین آزمون‌های سختی و فشار هیدرواستاتیک جهت اطمینان از استحکام مخزن نیز انجام می‌گیرند.

تولید این مخازن با استفاده از روش اسپینینگ[7] یا کشش عمیق[8]  می‌باشد.  وزن این مخازن نسبت به دیگر نمونه‌ها بیشتر می‌باشد. در این نوع مخازن، نسبت جرم به حجم آن‌ها بین 2/1 تا 5/1 کیلوگرم بر لیتر می‌باشد[3]. نمونه‌هایی از مخازن CNG نوع اول در شکل (1-1) نشان داده شده‌است.

  • مخزن نوع اول [1]

این مخازن از فولاد کروم – مولیبدن یا فولاد کربن – منگنز ساخته می‌شوند و طبق استانداردهای موجود این مخازن باید در فرآیندی بدون استفاده از جوش و به صورت بدون درز ساخته شوند. لذا این کپسول‌ها برای تحمل فشار کاری200 بار باید توان تحمل فشار تا 450 بار را داشته باشند. فشار ترکیدن در حداقل باید450 بار باشد و به همین دلیل ضخامت بدنه این مخازن بالاست. در شکل (1-2) یک مخزن نوع اول نمایش داده شده‌است.

  • مخزن نوع اول
  • مخازن نوع دوم، مخزن کمرپیچ

این نوع مخازن دارای یک لایه‌داخلی از جنس فولاد یا آلومینیوم بدون درز است و قسمت استوانه‌ای این لایه‌داخلی، توسط الیاف شیشه، آرامید، کربن یا مخلوطی از آن‌ها که آغشته به رزین است به صورت محیطی پیچیده شده‌است (شکل (1-3)) [2].  ساختار کامپوزیتی این مخازن، این امکان را به وجود می‌آورد که بتوان از ضخامت قسمت فلزی کاست و درنتیجه مخزن سبک‌تری بدست آورد. این مخازن در جهت شعاعی به جز دو قسمت ابتدایی و انتهایی تقویت شده‌اند.

بنا به محاسبات مکانیکی دو انتهای مخزن به علت شکل کروی آن‌ها تحمل تنش بیشتری را نسبت به قسمت استوانه‌ای مخازن دارند ولی در فرآیند تولید در حال حاضر نمی‌توان ضخامت کمتری را در آن ایجاد کرد. به این ترتیب محاسبات طراحی بر اساس قسمت نازک‌تر مخازن انجام می‌شود. در مخازن نوع دوم از ضخامت کمتری برای ساخت مخزن استفاده‌شده و قسمت استوانه‌ای آن برای رسیدن به سطح تحمل تنش و فشار موردنظر با مواد کامپوزیت که بسیار سبک‌تر از فولادند تقویت شده و به این ترتیب مخازن سبک‌تری تولید می‌شود. در این نوع مخازن، نسبت جرم به حجم آن‌ها بین 7/0 تا 4/1 کیلوگرم بر لیتر می‌باشد[3]. 

مبنای طراحی این نوع مخازن بر توانایی آستر فولادی یا آلومینیومی در تحمل فشار بالا می‌باشد. در این مورد این نوع مخازن  CNGاین نکته شایان توجه است که فشار اضافی و دمای بالاتر باعث ازبین رفتن کیفیت پوشش کامپوزیت نخواهدشد. این نوع مخازن از الیاف‌پیچی پیوسته[9] ساخته می‌شوند که برای ساخت آن‌ها از آسترهای فولادی یا آلومینیومی استفاده می‌گردد و به آن‌ها مخازن پیچش محیطی[10] گفته می‌شود. این مخازن از  سال 1980 میلادی ساخته می‌شوند و مبنای طراحی آن‌ها توانایی آسترهای فولادی در تحمل بیشینه فشار پرشدن مخزن می‌باشد. این امر به طراحان اجازه استفاده از آسترهایی با تحمل تنش بیشتر از حد معمول را می‌دهد.

تعداد صفحه : 113

قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09199970560        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

شماره کارت :  6037997263131360 بانک ملی به نام محمد علی رودسرابی

11

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید