فهرست مطالب1 مقدمه و مروری بر کارهای گذشته11.1مقدمه21.2پیشینه تحقیق31.3معرفي موضوع تحقيق61.4فرضیه های تحقیق71.5مراحل انجام تحقیق81.6اهداف مهم و نوآوريهاي تحقيق کنوني81.7مروری بر فصلهای ارائه شده92 روابط پایه مواد102.1مقدمه112.2مواد كامپوزيت112.3نقش کامپوزیت در صنعت خودروسازی122.4مقدمه ای بر آلیاژهای حافظه دار152.5ویژگیها و کاربردهای آلیاژهای حافظه دار182.6خاصیت حافظه دار بودن182.7خاصيت سوپرالاستيسيته(فوق‌كشساني)212.8قابلیت استهلاک232.9انواع آلیاژهای حافظه دار242.10 روابط پایه در مواد کامپوزیت252.10.1.............................................. روابط حاکم برای تنش صفحه ای252.10.2.............................. انواع تئوریهای موجود برای سازه ها272.10.3..................... تئوری مرتبه اول برای صفحات کامپوزیتی282.10.4.......................................................................... فاکتور تصحیح برشی312.10.5......................................... میکرومکانیک یک تک لایه تک جهته322.11 روابط پایه مواد حافظه دار342.11.1....................................................................................... مدلهای میکرو352.11.2.................................................................. مدلهای میکرو – ماکرو352.11.3....................................................................................... مدلهای ماکرو352.11.4............................................... مدل فوق کشسان آریچیو (1997)352.11.5............................................... مدل فوق کشسان آریچیو (2003)362.11.6.................... مدل شبه‌الاستيك ترمومكانيكي كالت (2001)362.11.7..................................................... مدل شبه‌الاستيك سيلك (2002)372.11.8..................................................... مدل شبه‌الاستيك رزنر (2002)372.11.9.................................................... بارگذاري و باربرداري نسبي383 فرمولبندی روابط حاکم بر ورق کامپوزیتی تقویت شده با الیاف حافظه دار433.1روابط کرنش – تغییر مکان443.2تئوریهای تغییر شکل برشی مرتبه بالا453.3تئوری مرتبه اول برشی (ميندلين - رايزنر)463.4مدلسازی المان محدود483.4.1المانهاي سرنديپيتي483.5معادلات حرکت503.6شرایط مرزی524 روشهاي حل عددي معادلات حاکم بر رفتار استاتيکي و ديناميکي ورقهاي حافظه دار534.1حل زمانی544.2روش نیوتن رافسن564.3روش نیوتن – رافسن تغییر یافته604.4معیار همگرایی604.5روش نيومارک624.6مسائل ديناميکي غير خطي665 بررسي نتايج حاصل از تحليل خمش ورق حافظهدار685.1مقايسه نتايج با تحقيقات پيشين695.2تعریف مساله705.3دسته‌بندي موضوعات مورد بررسي در مساله705.3.1دسته‌بندي از لحاظ ماده پايه715.3.2دسته‌بندي از لحاظ شرايط مرزي715.4مشخصات مواد725.5بررسي رفتار ورق ساخته شده از مواد SMA خالص735.6بررسي تاثير درصد حجمي ماده SMA بر رفتار خمشي ورق کامپوزيت حافظهدار745.7بررسي تاثير نوع چيدمان الياف در خمش ورق کامپوزيت حافظه دار755.8بررسي تاثير شرايط مرزي بر خمش ورق کامپوزيت حافظه دار755.9تاثير نسبت منظري در تنش بي بعد محوري765.10 تاثير نسبت منظري بر خيز ورق کامپوزيت حافظه دار775.11 بررسي تنش در مقطع عرضي ورق کامپوزيت حافظه دار785.12 نتایج بدست آمده از تحلیل خمشی806 بررسي نتايج حاصل از تحليل ارتعاشات ورق حافظه دار826.1بررسی الگوریتم مدل سازی ماده حافظه دار836.1.1کامپوزیت تقویت شده توسط مواد حافظه دار در بارگذاری درون صفحه ای836.1.2 بررسی اثر دما876.1.3بررسی رفتار دینامیک الگوریتم مدلسازی886.2ورق کامپوزیت حافظه دار تحت بار پله936.2.1تاثیر نسبت حجمی فیبر حافظه دار در میرایی956.2.2تاثیر چیدمان بر میرایی ورق کامپوزیت حافظه دار976.2.3تاثیر دما بر پاسخ به تحریک پله986.3ورق کامپوزیت حافظه دار تحت بار هارمونیک997 نتیجه گیری و پیشنهادات1017.1نتیجه گیری1027.2ارائه پيشنهاد براي تحقيقات جديد103منابع و مراجع104 فهرست اشکالشکل 2‑1 نمودار تحول فازی ناشی از تغییر دما19شکل 2‑2 نمودارهای تنش – کرنش در دماهای مختلف19شکل 2‑3 اثرات حافظه دار بودن در نمودارهای تنش - کرنش21شکل 2‑4 نمودار تنش – کرنش فوق کشسان آلیاژ حافظه دار22شکل 2‑5 مقایسه انعطاف پذیری سیم فولاد زنگ نزن و سیم فوق کشسان22شکل 3‑1 مقایسه زاویه دوران تئوری مرتبه اول و کلاسیک47شکل 3‑2 المان سرندیپیتی – شماره گذاری محلی49شکل 3‑3 شماره گذاری عمومی49شکل 4‑1 a) مساله تک درجه آزادی یک فنر غیر خطی b) رفتار نرم شونده و سخت شونده55شکل 4‑2 تکرار برای همگرایی در هر یک از سطوح باردهی P1 و P2 a) تکرار نیوتن رافسن، b) تکرار نیوتن رافسن تغییر یافته55شکل 5‑1 سه ورق با خواص مواد آستنیت، مارتنزیت و SMA تحت بار فشاری یکنواخت73شکل 5‑2خمش ورق کامپوزیت حافظه دار با تغییر درصد حجمی فیبر SMA74شکل 5‑3 خمش ورق کامپوزیت حافظه دار با تغییر نوع چیدمان فیبر SMA75شکل 5‑4 ورق کامپوزیتی حافظه دار تحت بار فشاری در دو نوع تکیه گاه گیردار و لولایی76شکل 5‑5 تنش بی بعد محوری در طول ضخامت ورق کامپوزیتی SMA با تغییر نسبت منظری77شکل 5‑6 خیز ورق کامپوزیت حافظه دار با تغییر نسبت منظری78شکل 5‑7 معکوس خیز ورق کامپوزیت حافظه دار با تغییر نسبت منظری78شکل 5‑8 تنش بی بعد محوری در طول مقطع عرضی (x=A/2)79شکل 5‑9 تنش بی بعد محوری در طول مقطع عرضی (x=A/4)79شکل 5‑10 تنش بی بعد محوری در طول مقطع عرضی در موقعیت های مختلف x80شکل 6‑1 نمودار تنش – کرنش کامپوزیت تقویت شده توسط فیبر حافظه دار تحت یک بارگذاری و باربرداری کامل84شکل 6‑2 تنش – کرنش کامپوزیت تقویت شده توسط مواد حافظه دار تحت بار اتقاقی درون صفحه ای86شکل 6‑3 نمودار تنش – کرنش کامپوزیت تقویت شده توسط فیبر حافظه دار در دو دمای مختلف88شکل 6‑4 ارتعاش سیستم یک درجه آزادی تحت بار پله89شکل 6‑5 ارتعاش سیستم یک درجه آزادی حافظه دار تحت بار پله90شکل 6‑6 نمودار تغییرات کسر حجمی ماده مارتنزیت با زمان91شکل 6‑7 ارتعاش سیستم یک درجه آزادی حافظه دار تحت بار پله92شکل 6‑8 نمودار تغییرات کسر حجمی ماده مارتنزیت با زمان92شکل 6‑9 تغییرات خیز نقطه وسط ورق کامپوزیت تقویت شده توسط فیبر حافظه دار با زمان تحت بار پله94شکل 6‑10 تغییرات نسبت موادی که 0.9 درصد حجمی مارتنزیت هستند به کل مواد حافظه دار موجود در ورق کامپوزیتی با زمان95شکل 6‑11 پاسخ ورق کامپوزیت حافظه دار به بار پله با تغییر نسبت حجمی فیبر حافظه دار97شکل 6‑12 دو چیدمان ورق کامپوزیت حافظه دار در پاسخ پله98شکل 6‑14 پاسخ به تحریک پله ورق کامپوزیت حافظه دار در دو دمای مختلف99شکل 6‑15 پاسخ ورق کامپوزیت حافظه دار به تحریک هارمونیک100فهرست جداول جدول 2‑1 مقادیرخصوصیات مکانیکی برای مواد مختلف34جدول 5‑3 مقایسه نتایج بدست آمده از تحقیق کنونی و تحقیقات پیشین70جدول 5‑1 خصوصیات مکانیکی مواد حافظه دار مورد استفاده در این تحقیق72جدول 5‑2 خصوصیات مکانیکی کامپوزیت گرافیت - اپوکسی72جدول 6‑2 خواص ماده حافظه دار در دمای T=37° C87جدول 6‑3 مشخصات مواد کامپوزیتی تحت تحلیل دینامیکی93 فصل اول 1 مقدمه و مروری بر کارهای گذشتههمگام با رشد سريع علوم و تکنولوژي در دهههاي اخير، نياز به مواد جديدي که مهندسان را در طراحي و ساخت سازههاي مهندسي ياري کند، به شدت در جاي جاي صنعت احساس مي شود؛ موادي که در زمينههاي مختلف مهندسي قابل استفاده بوده و با بهبود خواص مورد نظر، مشخصههاي بهتري را در عمل نتيجه دهند.يکي از عوامل مهمي که باعث پيشرفت و گسترش صنايع در زمينههاي مختلف شده است، پيدايش مواد جديد ميباشد. دستيابي به موادي از قبيل کامپوزيتها و آلياژهاي حافظهدار همگي مبين اين مطلب است. در اين ميان، مواد هوشمند که اساس بوجود آمدن سازههاي هوشمند مي‌باشند، نقش بسيار مهمي را در بهينه‌سازي و توسعه صنايع ايفا کردهاند.يکي از تازهترين دستآوردها در مهندسي سازه و مواد در زمينه سازههاي هوشمند، مواد تطبيقي[1] ميباشد. اين سازهها با استفاده از اثرات مستقيم و معکوس، شرايطي را براي تطبيق سازه با محيط پيرامون خود فراهم مي سازند. در اين بين، مواد حافظه دار[2] سهم بسزايي دارند. مواد آلياژي حافظه دار، به دليل رفتار مكانيكي خاصي كه دارند مانند اثر حافظه دار بودن، اثر شبه الاستيك و خواص ماده وابسته به دما به عنوان المانهاي سازه هاي مكانيكي پيشرفته كاربرد فراواني دارند.در ادامه به بررسي مواد كامپوزيتي و همچنين مواد حافظه دار و تحقيقات اخير در اين مورد مي پردازيم .هونگيو جيا[3] در سال 1998]1[، مقاومت در برابر ضربه ساختارهاي کامپوزيتي هيبريد آلياژ حافظه دار را مورد بررسي قرار داد. جذب انرژي کرنشي تيرها و ميله هاي SMAتحت تنش و خمش مورد بررسي قرار گرفتند. او يک مدل تئوري براي ايجاد رابطه بين کسر مارتنزيت، بار اعمالي و انرژي کرنشي جذب شده در آلياژ حافظه دار ارائه داد. او به طور تحليلي دريافت که مواد سوپرالاستيک SMAقابليت جذب انرژي کرنشي بالايي را از خود نشان مي دهند. او معادلات غير خطي براي ورقهاي کامپوزيتي هيبريد SMAارائه داد که مي تواند براي تحليل ضربه سرعت پايين يا بارهاي تماسي شبه استاتيک به کار رود. معادلات حاکم شامل تغيير شکل برشي عرضي به همراه تحليل مرتبه اول، خيز بزرگ ورقها و لاميناي SMA/ اپوکسي مي باشد. اين معادلات براي حالت کلي با شرايط مرزي کلي و زواياي چينش کلي استخراج شده اند.مارك پيترزاكوسكي[4] در سال 2000 ]2[، تغييرات خواص ديناميکي صفحات کامپوزيتي مستطيلي و ورقهاي ساندويچي حاوي لايه هاي تقويت شده توسط فيبرهاي SMAرا مورد تحليل قرار داد. او از خاصيت تغيير شديد سختي SMAبر اثر دما، براي کنترل شبه فعال استفاده کرد.تراويس[5] و همکاران در سال 2001 ]3[، سعي در ساخت و تست کامپوزيتهاي هيبريد آلياژ مواد حافظه دار کردند. اين نمونه ها ساختارهاي کامپوزيتي متعارفي بودند که از مواد SMAدرونشان استفاده شده بود. آنها، اين نمونه را براي تاييد يک مدل ترمومکانيکي براي ساختارهاي SMAHCتهيه کردند. آنها، رفتار تنش کرنش نايتينول، مدول در برابر دما و تنش احيا در برابر دما و سيکل حرارتي را مورد بررسي قرار دادند.رح و كيم[6] در سال 2002 ]4[، از تئوري برشي مرتبه اول و روش المان محدود براي تحليل عددي ضربه سرعت پايين وارد بر کامپوزيتهاي هيبريد SMAاستفاده کردند.آراتا ماسودا و محمد نوري[7] در سال 2002 ]5[، به منظور بررسي کنترل غير فعال ارتعاشات توسط تجهيزات ساخته شده با مواد SMA، ارتباط بين شکل حلقه هيستريزيس المانهاي SMAو کارايي مواد حافظه دار را به عنوان تجهيزات ميراکننده مورد ارزيابي قرار دادند. آنها دريافتند که براي کسب بالاترين کارآيي براي يک دامنه تحريک داده شده، ابعاد حلقه هيسترزيس بايد به گونه اي تنظيم شود که پاسخ از حلقه ماکزيمم عبور کند ولي از آن فراتر نرود. همچنين آنان دريافتند که براي داشتن بهترين عملکرد ناحيه محبوس شده توسط حلقه هيسترزيس مي بايست نسبت به کل ناحيه زیر نمودار تنش کرنش در حین بارگذاری، تا حد امکان بزرگترين اندازه خود را دارا باشد.رح و كيم در سال 2002 ]6[، با تغيير کسر حجمي SMAو افزايش دما، ميزان خيز ناشي از ضربه را روي صفحه کامپوزيتي تقويت شده توسط فيبرهاي SMAبه حداقل رساندند. آنها نشان دادند که بهينه سازي توزيع کسر حجمي فيبرهاي SMA، نقش مهمي در کاهش خيز اين صفحات دارد.موچان و سيلچنكو[8] در سال 2004 ]7[، راه حلي تحليلي براي مساله از بين رفتن پايداري متقارن محوري يک صفحه دايروي SMAتحت انتقال فاز مستقيم در اثر نيروي فشاري ارائه دادند.ريوكا گيلات و جاكوب آبودي[9] در سال 2004 ]8[، معادلات ميکرومکانيک کامپوزيتهاي تک جهته داراي فيبرهاي SMAدر ماتريس پليمري يا فلزي را بدست آوردند. آنها اين معادلات را براي تحليل رفتار غير خطي ورقهاي کامپوزيتي با عرض بينهايت تحت اثر بار حرارتي ناگهاني بکار گرفتند.پارك[10] و همکاران در سال 2004 ]9[، رفتار ارتعاشي ورق کامپوزيتي هيبريد SMA کمانش يافته بر اثر حرارت را مورد بررسي قرار دادند. معادلات المان محدود غير خطي با تئوري تغيير شکل برشي مرتبه اول در اين تحقيق به کار گرفته شدند. رابطه کرنش فون کارمن براي محاسبه خيز بزرگ به کار گرفته شد.مو[11] و همکاران در سال 2005 ]10[، رفتار مقابله با ضربه ورقهاي کامپوزيتي کربن اپوکسي را که داراي سيمهاي آلياژ حافظه دار سوپرالاستيک بود، مورد بررسي قرار دادند. آنها دريافتند که اضافه کردند فيبرهاي SMA مقاومت در برابر صدمه را براي کامپوزيتها افزايش مي دهد.