پایان نامه ارشد: تحلیل ارتعاشات پوسته استوانه‌ای از جنس93 FGM تحت میدان حرارتی یا تحت بار محوری

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته :مهندسی مکانیک

گرایش :طراحی کاربردی

عنوان : تحلیل ارتعاشات پوسته استوانه‌ای از جنس93 FGM تحت میدان حرارتی یا تحت بار محوری

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد خمینی شهر

دانشکده مکانیک

 

پایان‌نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد M.Sc

گرایش مهندسی مکانیک- طراحی کاربردی

تحلیل ارتعاشات پوسته استوانه‌ای از جنس FGM تحت میدان حرارتی یا تحت بار محوری

  

استاد راهنما:

دکتر مصطفی غیور

استاد مشاور:

دکتر فاطمه فرهت‌نیا

زمستان1393

 

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)

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                            صفحه

فصل اول: مقدمه……………………………………………………………………………………….…. 1

1-1       مقدمه 2

1-2       تاریخچه کارهای انجام شده 3

1-3       ارتباط موضوع تحقیق با کارهای قبلی 6

1-4       محتوای فصل‌های بعد 6

فصل دوم: مواد با خواص درجه‌بندی شده 8

2-1       معرفی مواد با خواص درجه‌بندی‌شده 9

2-2       کاربردهای مواد با خواص درجه‌بندی شده 11

2-3       روش‌های ساخت مواد با خواص درجه‌بندی شده 12

2-4       مدل‌های ریاضی و روابط حاکم 14

2-4-1   مدل ردی 14

2-4-2   مدل اردوگان 15

2-4-3   مدل تانیگاوا 16

2-4-4   مدل نُدا 16

فصل سوم: فرمول‌بندی و استخراج روابط در ارتعاشات پوسته استوانه‌ای FGM. 8

3-1       مقدمه 19

3-2       معادلات لازم برای حل کلی (خطی و غیر‌خطی) 20

3-2-1   رابطه تنش و کرنش 20

3-3       معادلات حاکم با فرض خطی بودن جابه‌جایی‌ها 21

3-3-1   مؤلفه‌های کرنش-جابه‌جا‌یی 21

3-3-2   مؤلفه‌های تنش 23

3-4       معادلات حرکت با فرض خطی بودن جابه‌جایی‌ها 24

3-4-1   معادلات حرکت برای سازه دو انحنایی (حالت کلی) 24

3-4-2   معادلات حرکت برای سازه استوانه‌ای (استخراج شده از حالت کلی) 25

3-4-3   به‌دست آوردن معادلات حرکت برای پوسته استوانه‌ای FGM (بر حسب جابه‌جایی‌ها) 26

3-4-4   به‌دست آوردن معادلات حرکت برای پوسته استوانه‌ای FGM (بر حسب منتجه‌های تنش و گشتاور) 28

3-5       معادلات حاکم با فرض غیر‌خطی بودن جابه‌جایی‌ها 29

3-5-1   مؤلفه‌های کرنش بر حسب جابه‌جایی‌های کلی 29

3-5-2   مؤلفه‌های تنش بر حسب جابه‌جایی‌های صفحه میانی 32

3-6       معادلات حرکت با فرض غیر‌خطی بودن جابه‌جایی‌ها 33

3-6-1   به‌دست آوردن معادلات حرکت برای پوسته استوانه‌ای FGM (بر حسب جابه‌جایی‌ها) 33

3-6-2   به‌دست آوردن معادلات حرکت برای پوسته استوانه‌ای  FGM در حالت غیر‌خطی (بر حسب منتجه‌های تنش و گشتاور)……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..36

3-6-3   مقایسه معادلات حرکت غیر‌خطی با حالت خطی 37

فصل چهارم: تحلیل مسئله به کمک نرم‌افزار آباکوس 18

4-1       نرم‌افزار ABAQUS چیست و چه کاربردی دارد؟ 39

4-2       کلیات 41

4-3       بررسی صحت نتایج 44

4-4       بررسی همگرایی 45

4-5       تنش، جابه‌جا‌یی و فرکانس با تغییر در قیود 46

4-5-1   دو تکیه‌گاه ساده در دو طرف کوره 46

4-5-2   سه تکیه‌گاه ساده در دو طرف کوره و وسط کوره 49

4-5-3   دو تکیه‌گاه رینگی در دو طرف 52

4-5-4   جداول فرکانس‌ها و ماکزیمم تنش و ماکزیمم جابه‌جا‌یی با توجه به تغییر تکیه‌گاه 55

4-5-5   نمودار‌های فرکانس و تنش و جابه‌جا‌یی با توجه به تغییر تکیه‌گاه 56

4-6       تنش، جابه‌جا‌یی و فرکانس با تغییر جرم ماده مذاب داخل کوره 58

4-6-1   وزن ماده مذاب داخل کوره 240 تن می‌باشد 58

4-6-2   جرم ماده مذاب داخل کوره 260 تن می‌باشد 59

4-6-3   جرم ماده مذاب داخل کوره 280 تن می‌باشد 61

4-6-4   جرم مذاب داخل کوره 300 تن می‌باشد 62

4-6-5   جداول فرکانس‌ها و تنش‌های ماکزیمم و جابه‌جایی‌های ماکزیمم با توجه به تغییر جرم 63

4-6-6   نمودار‌های فرکانس و تنش و جابه‌جا‌یی با توجه به تغییر جرم 64

4-7       بررسی تنش، جابه‌جا‌یی و فرکانس با تغییرات دما 66

4-7-1   دمای داخل کوره 1200 درجه سانتیگراد 66

4-7-2   دمای داخل کوره 1400 درجه سانتیگراد 67

4-7-3   دمای داخل کوره 1600 درجه سانتیگراد 68

4-7-4   جداول فرکانس‌ها و تنش‌های ماکزیمم و جابه‌جایی‌های ماکزیمم با توجه به تغییر دما 69

4-7-5   نمودار‌های فرکانس و تنش و جابه‌جا‌یی با توجه به تغییر دما 70

فصل پنجم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات 39

5-1 نتیجه‌گیری 74

5-2 پیشنهادات 74

مراجع 110

 

 

 

فهرست شکل‌ها

عنوان                                                                                                                           صفحه

شکل1-1)  بررسی اثر تغییرات دما بر فرکانس طبیعی 5

شکل 2-1) سمت راست ماده مرکب با خواص درجه‌بندی شده و سمت چپ ماده مرکب معمولی 11

شکل3-1) هندسه مسئله 19

شکل 3-2 هندسه سازه دو انحنایی 24

شکل 3-3) هندسه سازه استوانه‌ای 25

شکل 4‑1) مشخصات کوره‌های کنورتر 42

شکل 4-2) تغییرات متریال در طول ضخامت 44

شکل 4-3) تغییرات فرکانس بر حسب اندازه مش (متر) 45

شکل 4-4) شکل‌مد اول در حالت دو تکیه‌گاه ساده 46

شکل 4‑5) شکل‌مد دوم در حالت دو تکیه‌گاه ساده 47

شکل 4‑6) شکل‌مد سوم در حالت دو تکیه‌گاه ساده 47

شکل 4‑7) مقدار تنش‌ها (بر حسب MPa) در حالت دو تکیه‌گاه ساده (نما از کنار کوره) 48

شکل 4‑8) مقدار جابه‌جا‌یی (بر حسب mm ) در حالت دو تکیه‌گاه ساده 49

شکل 4‑9) شکل‌مداول در حالت سه تکیه‌گاه ساده 50

شکل 4‑10) شکل‌مددوم در حالت سه تکیه‌گاه ساده 50

شکل 4‑11) شکل‌مدسوم در حالت سه تکیه‌گاه ساده 51

شکل 4‑12) مقدار تنش (بر حسب MPa) در حالت سه تکیه‌گاه ساده (نما از کنار کوره) 51

شکل 4‑13) مقدار جابه‌جا‌یی (بر حسب mm) در حالت سه تکیه‌گاه ساده 52

شکل 4‑14) شکل‌مداول در حالت دو تکیه‌گاه رینگی 53

شکل 4‑15) شکل‌مددوم در حالت دو تکیه‌گاه رینگی 53

شکل 4‑16) شکل‌مدسوم در حالت دو تکیه‌گاه رینگی 54

شکل 4‑17) مقدار تنش (بر حسب MPa) در حالت دو تکیه‌گاه رینگی 54

شکل 4‑18) مقدار جابه‌جا‌یی (بر حسب mm) در حالت دو تکیه‌گاه رینگی 55

شکل 4‑19) تغییرات فرکانس با افزایش تکیه‌گاه 56

شکل 4‑20) تغییرات تنش با افزایش تکیه‌گاه 57

شکل 4‑21) تغییرات جابه‌جا‌یی با افزایش تکیه‌گاه 57

شکل 4‑22) مقدار تنش (بر حسب MPa) با دو تکیه‌گاه ساده و میزان جرم ماده مذاب 240 تن 58

شکل 4‑23) مقدار جابه‌جا‌یی (بر حسب mm) با دو تکیه‌گاه ساده و میزان جرم ماده مذاب 240 تن 59

شکل 4‑24) مقدار تنش (بر حسب MPa) با دو تکیه‌گاه ساده و میزان جرم ماده مذاب 260 تن 60

شکل 4‑25) مقدار جابه‌جا‌یی (بر حسب mm) با دو تکیه‌گاه ساده و میزان جرم ماده مذاب 260 تن 60

شکل 4‑26) مقدار تنش (بر حسب MPa) با دو تکیه‌گاه ساده و میزان جرم ماده مذاب 280 تن 61

شکل 4‑27) مقدار جابه‌جا‌یی (بر حسب mm) با دو تکیه‌گاه ساده و میزان جرم ماده مذاب 280 تن 61

شکل 4‑28) مقدار تنش (بر حسب MPa) با دو تکیه‌گاه ساده و میزان جرم ماده مذاب 300 تن (نما از کنار کوره) 62

شکل 4‑29)  مقدار جابه‌جا‌یی (بر حسب mm) با دو تکیه‌گاه ساده و میزان جرم ماده مذاب 300 تن 63

شکل 4‑30) تغییرات فرکانس بر حسب تغییرات جرم 64

شکل 4‑31) تغییرات تنش بر حسب تغییرات جرم 65

شکل 4‑32) تغییرات جابه‌جا‌یی بر حسب تغییرات جرم 65

شکل 4‑33) مقدار تنش‌ها (بر حسب MPa) برای کوره با دو تکیه‌گاه ساده در دمای داخلی 1200 درجه سانتیگراد 66

شکل 4‑34)  مقدار جابه‌جایی‌ها (بر حسب mm) برای کوره با دو تکیه‌گاه ساده در دمای داخلی 1200 درجه سانتیگراد 67

شکل 4‑35) مقدار تنش‌ها (بر حسب MPa) برای کوره با دو تکیه‌گاه ساده در دمای داخلی 1400 درجه سانتیگراد 67

شکل 4‑36) مقدار جابه‌جایی‌ها (بر حسب mm) برای کوره با دو تکیه‌گاه ساده در دمای داخلی 1400 درجه سانتیگراد 68

شکل 4‑37) مقدار تنش‌ها (بر حسب MPa) برای کوره با دو تکیه‌گاه ساده در دمای داخلی 1600 درجه سانتیگراد 68

شکل 4‑38) مقدار جابه‌جایی‌ها (بر حسب mm) برای کوره با دو تکیه‌گاه ساده در دمای داخلی 1600 درجه سانتیگراد 69

شکل 4‑39) تغییرات فرکانس با توجه به افزایش دما 70

شکل 4‑40( تغییرات تنش با توجه به افزایش دما 71

شکل 4‑41) تغییرات جابه‌جا‌یی با توجه به افزایش دما 71

 

چکیده

با پیدایش مواد کامپوزیتی پیشرفت عظیمی در بسیاری از کاربرد‌های مهندسی حاصل شد. با این وجود، مشکلاتی نظیر لایه لایه شدن، تمرکز تنش و توزیع نا‌پیوسته تنش، فکر ساختن نوع جدیدی از مواد مرکب که خواص در آن‌ها به صورت پیوسته تغییر کند و بر مشکلات نام برده بالا فائق آید، پژوهشگران را به سمت ساخت و تولید مواد با خواص درجه‌بندی شده هدایت نمود. ویژگی‌ها و مزایای این مواد به گونه‌ای است که تحقیقات و تقاضای استفاده از این مواد در سال‌های اخیر در صنایع مختلف از جمله صنایع هوا و فضا به شدت افزایش یافته است.

آثار مخربی که پدیده تشدید می‌تواند به دنبال داشته باشد، اهمیت بررسی و تحلیل ارتعاشات آزاد را به ویژه در هندسه‌ها (مثلا استوانه‌ای و …) و مواد پرکاربرد (مثلا فولاد ها) به خوبی نشان می‌دهد و همچنین با توجه به ارتباط اندک صنعت و دانشگاه در ایران، پیشرفت علوم کمتر به صنعت‌های قدیمی و در حال کار، راه پیدا می‌کند لذا بررسی پوسته استوانه‌ای (شبیه به کوره‌های موجود در مجتمع مس سرچشمه) با مواد FGM حائز اهمیت است.

هدف اصلی در این پایان‌نامه بررسی سه‌بعدی ارتعاشات آزاد پوسته‌های استوانه‌ای با خواص درجه‌بندی می‌باشد. در این پایان نامه ابتدا روابط سینماتیک و روابط ساختاری یک پوسته استوانه‌ای برای حالت‌های خطی و غیر‌خطی تعریف می‌شود سپس با استفاده از این روابط معادلات حرکت به‌دست آورده شده و در ادامه با استفاده از نرم‌افزارعددی آباکوس یک پوسته استوانه‌ای از جنس مواد FGM که از نظر هندسه با در نظر گرفتن برخی فرض‌ها شبیه به کوره‌های مبدل[1] در مجتمع مس سرچشمه می‌شود مدل می‌گردد. پس از مش‌بندی مدل و اعمال بار‌های حرارتی، بار‌های مکانیکی و اعمال تکیه‌گاه، حل عددی حاصل می شود.

تغییرات فرکانس برای دماها، جرم‌ها و تکیه‌گاه‌های مختلف مورد بررسی قرار گرفته شد. نتایج نشان می‌دهدکه با افزایش جرم و دما، فرکانس کاهش می‌یابد، با افزایش و تغییر در تکیه گاه فرکانس افزایش می‌یابد و در نهایت با توجه به نتایج حاصل شده برای تنش و فرکانس، پیشنهاد می‌گردد به جای استفاده از ساختار قدیمی کوره، از ماده FGM در بدنه کوره استفاده شود.

کلمات کلیدی: ارتعاشات آزاد – پوسته استوانه‌ای – مواد با خواص درجه‌بندی شده

 

 

فصل اول:

مقدمه

 

 

 

1-1      مقدمه

نقش غیرقابل چشم‌پوشی و اثرات گوناگون پدیده‌ی ارتعاشات بر سیستم‌ها و سازه‌های مهندسی به ویژه اثرات نامطلوبی همچون شکست، کاهش راحتی و آسایش و ایجاد اختلال در عملکرد وسایل ابزار دقیق، بیانگر لزوم و اهمیت بررسی، تحلیل و کنترل ارتعاشات می‌باشد. در زمینه‌ی ارتعاشات مکانیکی با توجه به پیامدهای جبران‌ناپذیر و مخربی که پدیده‌ی تشدید می‌تواند به دنبال داشته باشد، بررسی و کنترل دقیق ارتعاشات بدون شناسایی فرکانس‌های طبیعی و تحلیل ارتعاشات آزاد میسر نمی‌باشد.

در میان هندسه‌های مورد استفاده در صنعت، پوسته‌ها، به علت وزن کم ناشی از کوچک بودن ضخامت، یکی از پرکاربردترین سازه‌ها در صنایع مختلف از جمله صنعت خودرو، هوا و فضا، صنایع دریایی و زیر‌دریایی هستند. بدنه‌، دیفیوزر و دماغه‌ی فضاپیما، هواپیما و موشک، بدنه‌ی زیردریایی، مخازن، لوله‌های انتقال و رآکتور از بارزترین مثال‌ها در این زمینه می‌باشند.

همواره یکی از مشکلات اساسی در دستیابی به تولیدات پیشرفته‌تر، محدودیت در دستیابی به مواد و نیز محدودیت در خواص مواد موجود بوده است. به طوری که پیشرفت در زمینه‌های گوناگون علم و فن‌آوری بدون پیشرفت در علم مواد و دستیابی به موادی با ویژگی‌ها و کارایی‌هایی برتر، محدود می‌گردد. از این‌رو بشر همواره در پی کشف موادی با قابلیت‌های متفاوت و جدید و یا تولید مواد مصنوعی برای ارتقا خواص مواد موجود بوده است.

در سال‌های اخیر با گسترش موتورهای الکتریکی پرقدرت، توربین‌ها، رآکتورها و وسایل نقلیه پرسرعت، مواد مقاوم در برابر شرایط محیطی سخت از جمله دمای بسیار بالا و نیز شیب دمایی بالا، بسیار مورد توجه قرار گرفتند. نیاز به ماده‌ای با مقاومت حرارتی و مکانیکی بالا، معرفی مواد با خواص درجه‌بندی شده[2] را در سال1984 در ژاپن، به عنوان ماده‌ای مقاوم و پرکاربرد، موجب شد. انتخاب مواد با خواص درجه‌بندی شده در سال 1992 به عنوان یکی از 10 فن‌آوری پیشرفته در ژاپن، اهمیت و جایگاه این فن‌آوری را یادآور می‌شود.

اهمیت تحلیل ارتعاشات آزاد، گستردگی کاربرد پوسته‌های استوانه‌ای، قابلیت‌های مواد با خواص درجه‌بندی‌شده  می‌تواند اهمیت بررسی و انجام این پروژه را تا حدود زیادی روشن کند.

k[1] .converter furnace

[2] .Functionally Graded Materials(FGM)

تعداد صفحه : 126

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 :        09361998026        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