وبلاگ

در سال‌های‌‌کنونی، بهره‌جویی از ماده‌ی مرکب در ساخت و تقویت سازه‌ها بسیار گسترش یافته است. ساختار این ماده به گونه‌ای می‌باشد که امکان شکل‌گیری ترک در میان لایه‌ها وجود دارد. بر اثر افزایش بار، این ترک‌ها رشد می‌نمایند و سبب افت شدید در استحکام و سختی سازه می‌شوند. به‌کارگیری شیوه‌های عددی در این زمینه و دستیابی به پاسخ‌ها، درتخمین رفتار ترک، نقش مهمی دارد. شروع و گسترش شکست میان ‌لایه‌ای در ماده‌ی مرکب را با فن‌های عددی انجام می‌دهند. در این روش، جزء‎های چسبنده را به همراه نمودار رفتاری ویژگی‎های ماده به کار می‌برند و رشد ترک را بررسی می‌کنند. خاطر نشان می‌سازد، یک نمودار رفتاری ماده‌ی مناسب در بهبود پاسخ‎ها اثرگذار است. ازاین رو، یک جزء پیشنهاد می‌گردد و در نمونه‌های عددی به کار می‌رود و ویژگی‌های آن ارزیابی می‌شود. درستی پاسخ‌ها در شکست میان لایه‌ای ماده‌ی مرکب با شیوه‌ی عددی راست آزمایی خواهد شد. نمونه‌های عددی آشکار می‌کنند که جزء‌ چسبنده‌ی پیشنهادی با شمار تحلیل کم، پاسخ‌های با دقت خوب را به دست می‌دهد.
واژه‌های کلیدی: ماده‌ی مرکب، شکست و گسترش ترک میان لایه‌ای، الگوی رفتاری ترک چسبنده، تابع رفتاری، جزء چسبنده‌.
بخش‌های پایان نامه
چکیده. یک
نمایه‌ی شکل‌ها. پنج
نمایه‌ی جدول‌ها. نه
فصل یکم: آغاز سخن. 1
1-1- پیش‌گفتار 1
1-2- الگوهای رشد ترک.. 2
1-3- ترک در ماد‌ه‌ی مرکب.. 2
1-4- سامان‌دهی پایان‌نامه. 3
فصل دوم: الگوهای رشد ترک.. 6
2-1- پیش‌گفتار 6
2-2- الگوی کشسان خطی. 6
2-3- الگوی ترک چسبنده 7
2-4- الگوی رفتاری خرابی. 8
فصل سوم: شکست ماده‌ی مرکب.. 9
3-1- پیش‌گفتار 9
3-2- ماده‌ی مرکب.. 10
3-3- رفتار مکانیکی ماده‌ی مرکب.. 10
3-4- وابستگی تنش و کرنش ماده 10
3-5- شکست در ماده‌ی مرکب.. 16
3-6- شکل‌گیری ترک میان لایه‌ای. 18
3-6-1- جدایی لایه‌های ماده‌ی مرکب.. 20
3-6-2- تنش‌های لبه‌ی آزاد 20
3-6-3- ضربه. 21
3-7- رشد ترک‌های میان لایه‌ای. 21
فصل چهارم: رشد ترک در ماده‌ی مرکب.. 23
4-1- پیش‌گفتار 23
4-2- معیار رشد ترک در ماده‌ی مرکب.. 23
4-3- یافتن مقدار رهایی کارمایه‌ی کرنشی. 24
4-3-1- نگره‌ی تیر 25
4-3-2- روش مساحت.. 27
4-3-3- راه‌کار گسترش مجازی ترک.. 28
4-3-4- فن تابع اولیه‌ی مستقل از مسیر .. 29
4-3-5- روش بسته شدن مجازی ترک.. 32
فصل پنجم: جزء تماس چسبنده 35
5-1- پیش‌گفتار 35
5-2- جزء چسبنده 35
5-3- رابطه‎سازی الگو‎ی ترک چسبنده 38
5-3-1- رابطه‎سازی الگو‎ی چسبنده‌ی دو خطی. 40
5-4- رابطه‌سازی تابع چسبنده 42
5-4-1- بررسی نمودار تنش- بازشدگی. 42
5-4-2- رابطه‌سازی تابع کشسان. 44
5-4-3- تابع کشسان خطی. 45
5-4-4- تابع کشسان سهمی درجه دو 46
5-4-5- تابع کشسان توانی. 46
5-4-6- تابع کشسان لگاریتمی. 47
5-4-7- مقایسه‌ی تابع‌های کشسان پیشنهادی. 47
5-5- روش جزء‌های محدود ناحیه‌ی چسبنده 49
فصل ششم: آزمایش‌های شکست میان لایه‌ای. 51
6-1- پیش‌گفتار 51
6-2- شیوه‌ی بسته شدن مجازی ترک.. 51
6-3- شبیه‌سازی به روش

جزء چسبنده 52
6-4- نمونه‌های عددی. 53
6-4-1- تیر طره‌ی دوتایی. 54
6-4-2- نمونه‌ی خمشی یک بخشی. 62
6-4-3- نمونه‌ی تیر خمشی ترک‌دار 66
فصل هفتم: پایان سخن. 76
1-1- پیش گفتار 76
7-2- گزیده‌ی پایان‌نامه. 76
7-2- نتیجه‌گیری. 77
7-3- پژوهش‌های آیندگان. 77
دستمایه‌ها 78
واژه‌نامه‌ی فارسی به انگلیسی. 84
نام‌نامه 86
پیش­گفتار
یکی از دلیل‌های مهم شکست و فروپاشی سازه‌ها، وجود ترک‌های نخستین و گسترش آن‌‌ها است. این ترک‌ها، بیشتر ناشی از عامل‌های گوناگون، و از آن میان، خطا در فرآیند ساخت سازه، بارهای بهره‌برداری و مانند این‌ها می‌باشند. وجود ترک‌ها در شکل‌ و اندازه‌های گوناگون، رفتارهای متفاوتی را در سازه پدید می‌آورد. پاره‌ای از این ترک‌ها بر کارکرد سازه اثر نمی‌گذارند، در حالی که برخی دیگر گسترش پیدا می‌کنند و به شکست ناگهانی آن می‌انجامند. تاکنون هزینه‌های بسیاری به دلیل شکست‌های ناشی از ترک پرداخت شده است. با انتخاب راه‌کار مناسب می‌توان هزینه‌ها را به مقدار زیاد کاهش داد. از سوی دیگر، برآورد دقیق میزان خرابی و عمر سازه، در سازه‌ها با قابلیت اعتماد زیاد مورد نیاز است. بر پایه‌ی اهمیت هدف‌های ساخت، حساسیت خطرها و آسیب‌‌های ناشی از خرابی سازه‌، پیش‌بینی محل رخداد ترک و راستای گسترش آن از نکته‌های مهم در طرح و تحلیل سازه‌ها به شمار می‌رود.
در سال‌های اخیر، بهره‌جویی از مصالح نوین در ساخت و تقویت سازه‌ها بسیار چشم‌گیر بوده است. شناخت دقیق رفتار ماده‌ی مرکب، به یک طرح بهینه رهنمون می‌شود. افزون بر برتری‌های بسیار، برخی کاستی‌ها نیز در الگوسازی رفتار این ماده وجود دارد. از آن میان، می‌توان چگونگی شکست و گسترش ترک را نام برد. باید دانست، تحلیل شکست‌ سازه‌ها تنها در موردهای اندکی به صورت صریح امکان‌پذیر می‌باشد. از این رو، روش‌های عددی جایگاه ویژه‌ای در بررسی زمینه‌های ترک و شکست پیدا کرده‌اند. تاکنون دامنه‌ی گسترده‌ای از روش‌های عددی برای حل مساله‌ی شکست به‌کارگرفته شده‌اند. در این پژوهش، به بررسی عددی شکست میان لایه‌ای در ماده‌ی مرکب پرداخته می‌شود.
1-2- الگوهای رشد ترک
در بررسی پدیده‌ی شکست و گسترش ترک، تحلیلگر با فرآیند‌های پیچیده‌ی رفتاری ماده روبرو است. این فرآیندها را می‌توان در سه گام رفتاری تقسیم بندی کرد: نخست ایجاد سوراخ‌ها و ترک‌های مویین در چندین نقطه از جسم، سپس رشد سوراخ‌ها و سر انجام، اندرکنش و به هم پیوستن آن‌ها. این کارها به شکل‌گیری ترک‌های درشت می‌انجامد. سپس، رشد و گسترش ترک‌ها سازه را خراب می‌کنند[G1].
با کمک یک روش عددی کارآمد، همراه با یک الگوی رفتاری مناسب که اثر ترک را در ماده شبیه‌سازی می‌کند، می‌توان پدیده شکست در ماده را بررسی کرد. ساده‌ترین الگوی مورد استفاده در تحلیل شکست، الگوی کشسان خطی می‌باشد. بر این پایه، رفتار ماده در لبه‌ی ترک را کشسان و خطی می‌پندارند. هر چند این پنداشت به نتیجه‌های غیرواقعی، همچون تنش بی‌پایان در لبه‌ی ترک می‌انجامد، ولی در بسیاری از پژوهش‌ها کاربرد زیادی داشته است[s1]. باوجود این، برای واقعی‌تر کردن پیش‌بینی رفتار شکست، الگوهای گوناگونی نیز در دسترسند. از میان آن‌ها، دو الگوی رفتاری چسبنده و خرابی توجه بیشتری را به خود جلب کرده‌اند. در راه‌کار چسبنده، اثر ترک تنها در یک منطقه‌ی مشخص شبیه‌سازی می‌شود. این فن به دلیل سادگی کاربرد در برنامه‌های روش جزء‌های محدود‌، بسیار مورد توجه است[B2]. در روش خرابی با معرفی عامل خرابی در یک محیط پیوسته، اثر ترک بر بخشی از دامنه وارد می‌شود. اثر رویارویی میزان خرابی و تاثیر رفتار ماده، بخش اصلی این شیوه خرابی می‌باشد[K1].
1-3- ترک در ماده‌‌ی مرکب
ماده‌ی مرکب از دو یا چند ماده شکل می‌گیرند. هدف آن است که کارایی و ویژگی‌های ماده‌ی مرکب، از ویژگی‌های هر یک از آن‌ها به تنهایی، برتر باشد. با انتخاب شمار دلخواه و جهت‌گیری مناسب تارها در زمینه، امکان پخش تنش و تغییر مسیر بار فراهم می‌شود. از سویی، ساختار لایه‌ای ماده‌ی مرکب به گونه‌ای است که شکل‌گیری ترک در بین لایه‌ها قرار می‌گیرد. این ترک‌ها می‌توانند بر اثر بار رشد کنند و سبب افت شدید در استحکام و سختی سازه شوند. پیدایش ترک‌های میان لایه‌ای می‌تواند ناشی از کاستی نخستین ماده، تنش‌های لبه‌ی آزاد، ضربه و مانند این‌ها باشد. تخمین پیدایش ترک و چگونگی گسترش آن با بهره‌جویی از شیوه‌های عددی و آزمایشگاهی فراهم است. با توجه به صرف هزینه و زمان بسیار برای انجام آزمایش‌های پیچیده، تحلیل‌های عددی برتری دارند.
در شبیه‌سازی عددی، در بخشی از ماده جدایی لایه را به شکل ترک می‌پندارند. برای گره‌ها در آن بخش معیار رشد ترک بررسی می‌شود. درگره‌هایی که در آن‌ها معیار رشد ترک برقرار گردد،