پایان نامه ارشد: مدل¬سازی تیر انعطاف پذیر تحریک شده توسط سیم آلیاژ حافظه¬دار

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته :مکانیک

گرایش :طراحی کاربردی

عنوان : مدل¬سازی تیر انعطاف پذیر تحریک شده توسط سیم آلیاژ حافظه¬دار

موسسه آموزش عالی جامی

پایان نامه­ی کارشناسی ارشد رشته­ی مکانیک گرایش طراحی کاربردی

مدل­سازی تیر انعطاف پذیر تحریک شده توسط سیم آلیاژ حافظه­دار

 

استاد راهنما:

دکتر سعید ضیائی راد

اسفند ­ماه 1393

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

عنوان                                                    صفحه

فهرست مطالب …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………ت

فهرست اشکال……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………ح

فهرست جداول……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………ر

چکیده………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….ز

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

  • پیش­گفتار آلیاژ حافظه دار…………………………………………………………………………………………………………………………………………………1
  • ساخت آلیاژهای حافظه دار………………………………………………………………………………………………………………………………………………..4
  • کاربردهای آلیاژ حافظه دار………………………………………………………………………………………………………………………………………………..4

1-3-1 کاربردهای آلیاژ حافظه دار در مهندسی پزشکی…………………………………………………………………………………………………5

1-3-2 کاربرد در صنایع هوا فضا: …………………………………………………………………………………………………………………………………13

1-3-3 کاربرد فنرهای حافظه دار در صنایع خودروسازی……………………………………………………………………………………………..14

1-3-4 کاربرد در صنایعی مانند پتروشیمی ، گاز و ……………………………………………………………………………………………………..22

1-3-5 کاربرد آلیاژ حافظه دار در عمران و ساختمان سازی…………………………………………………………………………………………22

1-3-6 دیگر کاربردها …………………………………………………………………………………………………………………………………………………….27

1-4 مروری بر کارهای انجام شده در زمینه ی آلیاژ حافظه دار…………………………………………………………………………………………….28

1-5 پیش­گفتار آلیاژ حافظه دار و تیر……………………………………………………………………………………………………………………………………..29

1-6 مروری بر کارهای انجام شده در زمینه ی آلیاژ حافظه دار و تیر…………………………………………………………………………………..30

فصل دوم: آلیاژحافظه­دار و مدل ساختاری آن..…………………………………………………………………………………………………………….32

2-1-  معرفی آلیاژهای حافظه دار………………………………………………………………………………………………………………………………………….32

2-2-  مروری بر مدل های ساختاری آلیاژهای حافظه دار…………………………………………………………………………………………………….38

2-2-1- مدل های ماکروسکوپیک…………………………………………………………………………………………………………………………38

2-2-2 مدل تاناکا……………………………………………………………………………………………………………………………………………………42

2-2-3 مدل لیانگ………………………………………………………………………………………………………………………………………………….43

2-2-4 مدل برینسون……………………………………………………………………………………………………………………………………………..45

2-2-5 مدل اصلاح شده ی برینسون……………………………………………………………………………………………………………………..49

فصل سوم:مدل تیر…………………………………………………………………………………………………………………………………………………..55

3-1 آنالیز خطی………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………58

3-2 آنالیز غیرخطی…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………60

3-3 روش حل ادغام تیر و آلیاژحافظه­دار……………………………………………………………………………………………………………………………….60

فصل چهارم: نتایج عددی…………………………………………………………………………………………………………………………………………………..63

4-1 تحلیل خطی تیر………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………64

4-2 تحلیل غیرخطی تیر…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………69

4-2-1 مقایسه­ی تحلیل خطی تیر و غیرخطی تیر……………………………………………………………………………………………….72

4-3 تحلیل آلیاژ حافظه­دار………………………………………………………………………………………………………………………………………………………73

4-3-1 نمودار تنش-کرنش در دمای 60 درجه سانتی گراد………………………………………………………………………………….75

4-3-2 نمودار تنش-کرنش در دمای 40 درجه سانتی گراد………………………………………………………………………………….76

4-3-3 نمودار تنش-کرنش در دماهای 5 و 20 درجه سانتی گراد……………………………………………………………………….77

4-3-4 نمودارهای تکمیلی……………………………………………………………………………………………………………………………………..78

4-4 ادغام معادلات تیر و آلیاژ حافظه­دار………………………………………………………………………………………………………………………………..81

4-4-1 تحلیل خطی تیر………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….81

4-4-2 ادغام محرک آلیاژحافظه­دار و تیر……………………………………………………………………………………………………………………………….85

فصل پنجم: نتیجه گیری……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..89

پیشنهاد برای ادامه کار…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….90

مراجع……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….91

 

 

 

 

 

فهرست اشکال

شکل                                                                       صفحه

شکل1-1 دیاگرام فازی: تنش بحرانی به عنوان تابعی از دما ]1[ …………………………………………………………………………………………. 3

شکل 1-2 فیلتر سیمون]2[………………………………………………………………………………………………………………………………………………………6

شکل 1-3 مسدودکننده سوراخ دیوار بطنی]2[………………………………………………………………………………………………………………………..7

شکل 1-4 استنت ها با اندازه های متفاوت]2[…………………………………………………………………………………………………………………………7

شکل 1-5 مهره فشرده شده و سمت راست شکل اولیه مهره]2[…………………………………………………………………………………………….8

شکل 1-6 دستکش حاوی آلیاژ حافظه دار ]2[………………………………………………………………………………………………………………………..9

شکل 1-7 ویژگی سوپرالاستیک آلیاژهای حافظه دار…………………………………………………………………………………………………………….10

شکل 1-8 مقایسه ی کیفی رفتار مواد مختلف استفاده شده در ارتودنسی ]4[……………………………………………………………………11

شکل 1-9 دستگاه آندوسکوپی کپسولی با استفاده از فنرهای حافظه دار به عنوان عملگر  ]5[………………………………………….12

شکل 1-10 مجموعه ی پوسته پایینی و عملگرهای حافظه دار  ]6[……………………………………………………………………………………13

شکل 1-11 عملگرهای حرارتی حافظه دار]7[………………………………………………………………………………………………………………………15

شکل 1-12 گستره دمای انتقال آلیاژهای Ni-Ti تجاری در دسترس]7[…………………………………………………………………………..17

شکل 1-13 عملکرد سوپاپ های حرارتی ]7[……………………………………………………………………………………………………………………….17

شکل 1-14 نمایی از مقطع عرضی سوپاپ حرارتی]7[………………………………………………………………………………………………………….18

شکل 1-15 محرک های الکتریکی حافظه دار]7[…………………………………………………………………………………………………………………19

شکل 1-16 محدوده دمای کاری برای خودروها و دمای انتقال برای آلیاژهای حافظه دار Ni-Ti ]7[………………………………20

شکل 1-17 لامپ مه شکن با محرک الکتریکی حافظه دار]7[……………………………………………………………………………………………..20

شکل 1-18 برف پاک کن با استفاده از فنر حافظه دار ]7[…………………………………………………………………………………………………..21

شکل 1-19 مکانیزم قفل در با استفاده از فنرهای حافظه دار  ]7[………………………………………………………………………………………21

شکل 1-20 سیستم های مهار کننده ]13[……………………………………………………………………………………………………………………………26

شکل 1-21 سیستم موانع لولای پل ]13[…………………………………………………………………………………………………………………………….27

شکل 1-22 فریم عینک حافظه دار ]2[…………………………………………………………………………………………………………………………………28

شکل 2-1 نحوه ی تغییر ساختار بلوری فازها در اثر اعمال حرارت به یک آلیاژ حافظه دار ]3 [………………………………………..34

شکل 2-2 نحوه تغییر فاز مارتنزیت در اثر تنش]3[………………………………………………………………………………………………………………35

شکل 2-3 نمایش دو نوع مارتنزیت ناشی از تنش در بارگذاری یک بعدی]3 [……………………………………………………………………35

شکل 2-4 نمایش چگونگی ایجاد خاصیت حافظه داری ]3 [……………………………………………………………………………………………….36

شکل 2-5 نمایش خاصیت سوپرالاستیک آلیاژهای حافظه دار ]3 […………………………………………………………………………………….37

شکل 2-6 نمودار تنش بحرانی بر حسب دما برای مدل «لیناگ» ]24[……………………………………………………………………………….44

شکل 2-7 نمودار تنش بحرانی بر حسب دما برای مدل «برینسون» ]24[…………………………………………………………………………..48

شکل 3-1 آرایش تیر الاستیک و سیم حافظه­دار قبل و بعد تغییر شکل………………………………………………………………………………56

شکل 3-2 دیاگرام جسم آزاد تیر منحرف شده………………………………………………………………………………………………………………………57

شکل 4-1 نمودار میله ای حدس­های متوالی برحسب درصد خطا………………………………………………………………………………………..66

شکل 4-2 نمودار بار در مقابل انحراف نوک تیر  برای نمونه های مختلف – آنالیز خطی…………………………………………………….67

شکل 4-3 نمودار بار در مقابل انحراف نوک تیر  برای نمونه های مختلف – آنالیز غیرخطی……………………………………………….71

شکل 4-4 مقایسه انحراف نوک تیر برحسب بار در آنالیز خطی و غیرخطی…………………………………………………………………………72

شکل 4-5 5 نمودار تنش-کرنش آلیاژ حافظه­دار نشان­دهنده­ی اثر سوپر الاستیسیته °C60 T=………………………………………..75

شکل 4-6 نمودار تنش-کرنش آلیاژ حافظه­دار نشان­دهنده­ی اثر سوپر الاستیسیته جزئی °C40 T=……………………………….76

شکل 4-7 نمودار تنش-کرنش آلیاژ حافظه­دار، نمودار قرمز در دمای 20 درجه­ی سانتی گراد و آبی 5 درجه­ی سانتی گراد……….77

شکل 4-8 نمودار تنش-کسر مارتنزیت، در دمای 5 درجه سانتی گراد، وشرایط اولیه تنش و کرنش صفر…………………………78

شکل 4-9 نمودار دما-کسر مارتنزیت آلیاژ حافظه­دار،  و  ……………………………………………….79

شکل 4-10 نمودار دما-کرنش باقی­مانده در آلیاژ حافظه­دار………………………………………………………………………………………………….79

شکل 4-11 نمودار بار در مقابل انحراف نوک تیر نمونه(A) – آنالیز خطی……………………………………………………………………………82

شکل 4-12 نمودار بار در مقابل انحراف نوک تیر نمونه(B) – آنالیز خطی……………………………………………………………………………82

شکل 4-13 نمودار بار اعمالی برحسب انحراف نوک تیر – آنالیز خطی نمونه (A)……………………………………………………………….83

شکل 4-14 نمودار بار اعمالی برحسب انحراف نوک تیر – آنالیز خطی نمونه (B)………………………………………………………………..83

شکل 4-15 نمودار بار اعمالی برحسب انحراف نوک تیر – آنالیز خطی نمونه (A)……………………………………………………………….84

شکل 4-16 تنش در سیم حافظه­دار به عنوان تابعی از دما برای نمونه­ی (A) …………………………………………………………………….86

شکل 4-17 تنش در سیم حافظه­دار به عنوان تابعی از دما برای نمونه­ی (B) …………………………………………………………………….86

شکل 4-18 مقایسه­ی تنش در سیم حافظه­دار به عنوان تابعی از دما برای نمونه­ها­ی (A) و (B) ………………………………………88

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

جداول

جدول                                                     صفحه

جدول 1-1 میزان تاثیر نیروی ارتودنسی پس از گذشت زمان های متفاوت ]3[………………………………………………………………..11

جدول 4-1 مشخصات 5 نمونه (واحد: متر) …………………………………………………………………………………………………………………………..64

جدول 4-2 جدول سعی و خطا برای بدست آوردن مختصات نوک تیر در یک نیروی مشخص، تحلیل خطی……………………66

جدول 4-3 مشخصات تیر و ممان اینرسی تیر………………………………………………………………………………………………………………………67

جدول 4-4 جدول سعی و خطا برای بدست آوردن مختصات نوک تیر در یک نیروی مشخص، تحلیل غیر خطی…………….70

جدول 4-5 خصوصیات مواد برای آلیاژ نیتینول استفاده شده در مثال­آورده شده ]25[………………………………………………………73

جدول 4-6 ابعاد تیر برای قابلیت کنترل خوب (A) و قابلیت کنترل ضعیف (B)، واحدها برحسب متر……………………………..81

جدول 4-7 مشخصات تیر و ممان اینرسی هرکدام (بر حسب m4)………………………………………………………………………………………81

 

 

 

 

 

 

 

 

چکیده

آلیاژهای حافظه­دار دسته­ای از مواد هوشمند با دو ویژگی منحصربه­فرد حافظه­داری و سوپرالاستیسیته می­باشند. این دو ویژگی ناشی از استحاله­های فازی تحت بارگذاری­های ترمودینامیکی مختلف است. بسته به این دو ویژگی ذکر شده، آلیاژهای حافظه­دار می­توانند در فرم­های مختلفی به عنوان عملگر مورد استفاده قرار می­گیرند. این ساختارها را می­توان در زمینه­های مختلف مانند پزشکی، هوافضا­، دانش هوانوردی، وسایل نقلیه خودرو، سازه­های عمرانی، ربات­ها، بیوتکنولوژی و کنترل هوشمند سازه استفاده کرد. استفاده از این مواد و آلیاژها باعث کوچک شدن حجم قطعه، مقرون به صرفه بودن اقتصادی و کنترل بهتر و دقیق­تر و اطمینان در بهبود عملکرد قطعه خواهند شد.

در این پایان نامه کنترل فعال انحراف تیر از طریق گرم و سرد کردن سیم­های آلیاژ حافظه­دار مورد بررسی قرار گرفته است. قوانین ساختاری حاکم بر سیم­های آلیاژحافظه­دار بررسی گردیده و از بین آن­ها معادلات اصلاح شده­ی برینسون جهت استفاده انتخاب گردیده است. اثرات حافظه شکل و سوپرالاستیسیته برای یک نمونه ساخته شده از آلیاژ نیتینول در محدوده­های دمایی مختلف بررسی شده است. در ادامه انحراف تیر تحت نیروی خارجی برای دو حالت تئوری خطی و غیرخطی مورد بررسی قرار گرفته و تعدادی مثال حل و با نتایج تجربی موجود مقایسه شده است. همچنین ارزیابی از جواب­های تیر در دو حالت خطی و غیرخطی ارائه شده است. در نهایت معادلات تیر در حالت خطی با معادلات آلیاژهای حافظه­دار نیتینول به صورت توام حل شده و مقدار انحراف تیر با وجود سیم آلیاژحافظه­دار در دماهای مختلف مورد مطالعه واقع گردیده و نتایج حاصل مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. در پایان نتیجه گیری و پیشنهادات جهت انجام کارهای بعدی آورده شده است.

 

 

 

 

 

 

 

فصل اول

مقدمه

 

 

 

 

 

 

 

  • پیش­گفتار آلیاژ حافظه دار

مواد هوشمند ارائه کننده­ی راه حل های جدید، اقتصادی و به صرفه برای مشکلات مهندسی هستند، این مواد نقش مهمی در فناوری­های نو بازی می­کنند، مواد هوشمند می­توانند به عنوان هر دو المان کنترل و اعضای سازه ای (از قبیل پیزوالکتریک، آلیاژهای حافظه دار و یا مواد مگنتواستریکشن) عمل کنند. مزایای تکنولوژیکی این مواد نسبت به مواد سنتی، به­دلیل خصوصیات ملکولی و ریز ساختاری منحصر به فردشان است.

این مواد امکانات بزرگی برای سازه­های خودکنترلی ارائه داده و سازه­ها را به انطباق با خودشان با شرایط بارگذاری مختلف قادر می­سازند. این ویژگی­های منحصر به فرد پیچیدگی­های زیادی را به آنالیزتجربی و تحلیل در حیطه­ی مواد و سازه­های مهندسی اضافه می­کنند.

با استفاده از این مواد در سازه های هوشمند، محرک ها و سنسورها که درون سازه مجتمع شده اند  قادر هستند عملکردی سازه­ای و کنترلی ارائه نمایند. این ساختارها را می­توان در زمینه های مختلف مانند هواپیما، دانش هوانوردی، وسایل نقلیه خودرو، ربات­ها، بیوتکنولوژی، سازه­های عمرانی و کاربردهای دیگر استفاده کرد.

آلیاژهای حافظه دار یکی از محرک­های مورد توجه در سازه های هوشمند به علت دو اثر منحصربه­فرد، که به عنوان اثر حافظه شکل[1] و سوپرالاستیسیته[2] است شناخته می­شوند. این ویژگی ها ناشی از تحولات فازی است، که در اثر تغییرات دما یا تغییرات تنش اعمالی صورت می­پذیرند، و خواص حرارتی و دمایی منحصربه­فردی را از آلیاژهای حافظه دار، در زمینه های متنوع مهندسی ارائه می­دهند. به دلیل کرنش بازیابی بالا (تا حدود 10%) و قدرت بالا نسبت به وزن، آلیاژهای حافظه دار به طور گسترده­ای برای کنترل شکل ساختارهای انعطاف پذیر استفاده می­شوند.

رفتار حافظه شکل به سبب تحول فاز کریستالی ترموالاستیک برگشت پذیر بین یک فاز مادر (آستنیت) با تقارن بالا و فاز محصول (مارتنزیت) با تقارن کم است، تغییرات فاز به عنوان تابعی از تنش و دما رخ می­دهند. تشکیل فاز مارتنزیت تحت تنش تک محوری یا برشی، سبب شکل­گیری جهت­گیری­های مختلف کریستال  (مارتنزیت غیر دوقلویی) می­شود که منجر به یک کرنش بزرگ قابل بازیابی (در حدود 10%) می­شود. این قابلیت برای کرنش­های بزرگ قابل کنترل و برگشت پذیراست، که مزیت مهم بسیاری در آلیاژهای حافظه­دار به عنوان مواد کنترلی است. تغییر شکل­های بزرگ می­تواند به راحتی و قابل تولید مجدد با این مواد ایجاد شوند، یا متعاقبا در یک وضعیت محدود شده، می­تواند تنش­های بزرگی به اجزای سازه متصل شده داده شود.

1 Shape Memory Effect (SME)

2 Superelsticity

تعداد صفحه : 125

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