تحلیل استاتیکی و دینامیکی تیرآامپوزیت ترموپیزوالاستیک با فرض تیموشنکو و روش اجزائ محدود – مکانیک

مشخصات فایل

مقطع:کارشناسی ارشد
رشته تحصیلی:مهندسی مکانیک
نوع ارائه:پایان نامه
تعداد صفحات:270
قالب بندی:word قابل ویرایش

نحوه خرید

تحلیل استاتیکی و دینامیکی تیرآامپوزیت ترموپیزوالاستیک با فرض تیموشنکو و روش اجزائ محدود – مکانیک

شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

چکیده

فهرست مطالب

مقدمه و مروری بر تحقیقات گذشته
١-١- مقدمه ……………….٢
١-٢- آشنایی مختصر با سازه های هوشمند ……………..٣
١-٣- بررسی آارهای انجام شده ………٩
١-٣-١- بررسی آارهای انجام شده در زمینه تئوری تقریبهای مختلف تیرهای مرآب….١٠
١-٣-٢- بررسی آارهای انجام شده در زمینه تئوری ترموالاستیسیته ………….١١
١-٣-٣- بررسی آارهای انجام شده در زمینه شناخت و آاربرد مواد ترموپیزوالکتریک…١٢
١-٣-۴- بررسی آارهای انجام شده در زمینه تئوری پیزوالاستیسیته ………..١٣
۱- ٣-۵- بررسی آارهای انجام شده در زمینه تئوری ترموپیزوالاستیسیته …………..١٩

فصل دوم : تاریخچه و شناخت مواد پیزوالکتریک ، پیروالکتریک ، فروالکتریک وترموپیزوالکتریک
۲-۱- تاریخچه ای از مواد پیزوالکتریسیته …………..۵٢
۲-۲- مواد پیزوالکتریک …………٢٧
۲-۲-۱- منشاهای پلاریزاسیون الکتریکی یا قطبش الکتریکی ………….٢٨
۲-۲-۲- آریستال یون حیاتی ………….٢٩
۲-۲-۳- سرامیکهای فروالکتریک …….٣٢
۲- ٢-۴- پلیمرها ………٣٨
٢-٢-۵- ترموپیزوالکتریسیته ………….١۴
فصل سوم : معادلات ساختاری
٣-١- یک بعدی …………۴۵
٣-١-١- قطبش ……….۴۵
٣-١-٢- پیزوالکتریسیته …………٧۴
٣-٢- پیزوالکتریسیته خطی ……………٠۵
٣-٣- معادلات ساختاری عمومی ………….٧۵
٣-٣-١- معادلات غیر آوپل ترموپیزوالاستیسیته مدار بسته …….٣۶
٣-۴- قوانین حاآم بر جسم ترموپیزوالاستیک ………۶۴
٣-۴-١- قانون تعادل مکانیکی …………..۶۴
٣-۴-٢- قانون تعادل الکتریکی …………۶۴
٣-۴-٣- رابطه بین میدان الکتریکی و تابع پتانسیل الکتریکی ………۶۵
٣-۴-۴- رابطه بین میدان هدایت حرارتی و دما ……………۶۵
٣-۴-۵- معادله تعمیم یافته انتقال حرارت ……….۶۵

فصل چهارم : تیر مرآب ترموپیزوالاستیک
۴-١- مقدمه …………٨۶
۴-٢- ترموپیزوالکتریک چند لایه ………٨۶
۴-٣- تیر تیموشنکو ……….٧١
۴-٣-١- فرضیات تیموشنکو …………….٧١
۴-٣-٢- معادله تیر تیموشنکو ارتوتروپیک ………..٧٣
۴-٣-٣- تبدیل خواص مواد …………….۶٧

۴-٣-۴- معادلات حرآت تیر تیموشنکو …………٧٧
۴-۴- معادلات سنسور و عملگر …………۴٨
۴-۴-١- معادلات عملگر ………٨٨
۴-۴-٢- معادلات حسگر ………..٨٩
۴-۵- بارگذاری حرارتی یک بعدی در تیر مرآب …….٩٠

فصل پنجم : حل معادلات با روش المان محدود
۵-١- مقدمه …………………٩٣
۵-٢- المان محدود …………….۵٩
۵-٢-١- معادلات دیفرانسیل …………۵٩
۵-٢-٢- فرم انتگرالی …….۶٩
۵-٢-٣- مدل المان محدود ………..٩٨
۵-٢-۴- تابع شکل ……………١٠٠
۵-٢-۵- محاسبه ماتریس المان و بردارها ……١٠١
۵-٢-۶- بدست آوردن معادله آلی ……………..١٠٣
۵-٣- روش انتگرال گیری عددی در تجزیه و تحلیل ارتعاش …………….۴١٠
۵-٣-١- روش نیومارک …………….۵١٠
۵-۴- بی بعد آردن معادلات ……….١٠٨
۵-۵- معادلات بی بعد شده ترموپیزوالاستیسیته ……….١٠٩
۵-۵-١- معادلات دینامیکی بی بعد شده غیر آوپل ترموپیزوالاستیسیته مدار بسته ……….١٠٩
۵-۵-٢- معادلات دینامیکی بی بعد شده آوپل ترموپیزوالاستیسیته مدار بسته ……………۵١١
۵-۵-٣- معادلات استاتیکی بی بعد شده غیر آوپل ترموپیزوالاستیسیته مدار بسته ………١١٩

۵-۵-۴- معادلات استاتیکی بی بعد شده آوپل ترموپیزوالاستیسیته مدار بسته …………..١٢٠

فصل ششم : بحث و نتیجه گیری
۶-١- مقدمه ………۴١٢
۶-٢- مشخصات مکانیکی و هندسی تیر مرآب ترموپیزوالاستیک …………۵١٢
۶-٣- بحث و ارائه نتایج ………..١٢٧
۶-٣-١- حال ت دو لای ه ترموپیزوال کتری ک توزی ع یافت ه ب ا آنت رل تناس بی م ستقیم در ش رایطحرارتی غیر آوپل …………١٢٨
۶-٣-٢- حال ت دو لای ه ترموپیزوالکتری ک توزی ع یافت ه ب ا آنت رل س رعت منف ی در ش رایطحرارتی آوپل …………….۶۶١
پیشنهادات برای ادامه پروژه ……………….١٧٨
مراجع ……………….١٧٩

چکیده

به ره گی ری از س از ه ه ای ن وین پی شرفته و سی ستمهای ترموالکترومک انیکی مانن د سیستمهای با دقت بالا، سیستمهای میکروترموالکترومکانیکی، سنسورهای گسترده و سیستمهای آنترل دقیق و غیره در سالهای اخیر به یکی از شاخه های اصلی فعالیت های تحقیق و توسعه تب دیل ش ده اس ت . بک ارگیری سی ستمها و دس تگ اههای ن وین ف وق م ی توان د انق لاب تکنولوژی ک عظیمی در صنایع مدرن ایجاد آرده و بطور مستقیم یا غیر مستقیم حیات بشر را مورد تأثیر قرار دهد . امروزه مسلم شده است آه در جستجو و تحقیقات برای تکنولوژیهای جدید و خلاقانه ف ن آوری ترموپیزوالکتری  ک بط  ور گ سترده ای در زمین  ه ه  ای مختل ف ص   نعتی از میکروسن سورهای ن ازک گرفت ه ت ا س ازه ه ای عظ یم ف ضایی آ اربرد داش ته و ع لاوه ب ر آن آاربردهای صنعتی قدیمی تر مثل میکروموتورها و سنسورها و غیره نیز جایگاه ویژه خود را دارن د. بط ور ع ام م دلهای آزمای شگاهی از نظ ر هزین ه و ش کل و ان دازه و غی ره مح دود و ت ا حدودی بامطمئن هستند. مدلهای تئوریک می توانند عمومی تر باشند ولی روشهای تحلیلی نیز به اشکال و شرایط مرزی نسبتًاً ساده محدود می شوند. بهمین دلیل است آه حل المان محدود بمنظ ور مدل سازی و تحلی ل محیطه ای پیوس ته ترموپیزوالکتری سیته ب سیار ض روری و مفی د ب ه نظر می رسد.

مقدمه

در این پایان نامه سعی آرده ام ، در فصل اول به صورت اختصار سازه های باهوش و ت اثیر ح رارت ب ر آنه ا و همچن ین خلاص ه ای از مق الات معتب ر، جدی دترین مطال ب علم ی و تحقیقات انجام شده در این زمینه را مورد مطالعه قرار دهم. در فصل دوم ، در قسمت اول تاریخچه مختصری از پیزوالکتریسیته آورده شده است. در ق سمت دوم ش ناخت م واد پیزوالکتری ک، پیروالکتری ک، فروالکتری ک، ترموپیزوالکتری ک و منشاء های ایجاد قطبش آورده شده است. در فصل سوم ، در قسمت اول نقطه شروع معادلات ساختاری یک بعدی الکترواستاتیک آورده ش ده اس ت . در ق سمت دوم مع ادلات س اختاری عم ومی ترموپیزوالاستی سیته از ق وانین ترمودینامیک استخراج شده است. در قسمت سوم معادلات ساختاری پیزوالکتریسیته خطی و ماتریس های ساده شده آوپل مربوط به آریستالهای متقارن آورده شده است. در قسمت چهارم مع ادلات ترموپیزوالاستی سیته در ش رایط حرارت ی آوپ ل و غی ر آوپ ل مدارب سته،دو سی ستم آنترلی، آنترل تناسبی١ و آنترل سرعت منفی٢ و نیز قوانین حاآم بر جسم ترموپیزوالاستیک آورده شده است. در ف صل چه ارم  ، اص ول و فرمولاس یون ح اآم ب ر تی ر مرآ ب ترموپیزوالاس تیک ب ا ف رض تیموش نکو ب ا اس تفاده از اص ل آ ار مج ازی همیلت ون و در نظ ر گ رفتن فرض یه خط ی ترموپیزوالکتریسیته با استفاده از سیستم های آنترلی ، آنترل سرعت منفی و آنترل تناسبی آورده شده است. در فصل پنجم ، معادلات حاآم بر تیر مرآب ترموپیزوالاستیک تیموشنکو بر حسب ترمه ای تغیی ر مک ان و ب ی بعدس ازی آنه ا واس تفاده از روش گل رآین م دل الم ان مح دود تی ر تیموشنکو و نیز روش حل معادلات در بعد زمان را بر اساس روش نیومارک شرح داده شده آورده شده است. در فصل ششم به حل آامپیوتری با استفاده از روش نیومارک و به بحث و نتیجه گیری حاصل از حل با شرایط مختلف پرداخته شده است.

بحث و ارائه نتایج
جهت نتیجه گیری و بحث ، نتایج به صورت نمودار ارائه شده و بدلیل مشترک بودن روش حل سعی بر آن شده است تا آلیه فاصله های زمانی و تعداد گزینش مناسب المانها با یکدیگر برابر باشند. به همین منظور برای آلیه حالات ، فاصله زمانی ۳−۱۰×۵ =Δt و تعداد المانهای مناسب جهت رسیدن به همگرایی آامل در حدود ١٠٠ عدد انتخاب شده است. نوع المان خطی مرتبه اول انتخاب شده و معادلات حاآم ترموپیزوالاستیک خطی فرض شده است. همچنین مشخصات هندسی تیر به صورت زیر در نظر گرفته شده است
ب رای بررس ی اث ر ح رارت ب ر تی ر مرآ ب دم ا ب الای تی رθN = 3730k و دم ای پ ایین تی ر θ۰ = ۲۷۳۰k فرض شده است. در حالت استاتیک عکس این اثر حرارت بر تیر فرض شده است. جه ت بررس ی رفت ار دین امیکی و ارتع اش خی ز تی ر مرآ ب ، نی روی ض ربه ای توزی ع یافت ه گسترده یکنواخت مطابق رابطه ذیل بر روی سطح فوقانی تیر اعمال می شود: F = 400exp−۱۰۰۰t (N /m) (۴-۶) جهت یکسان بودن بررسی و مقایسه حالات مختلف رفتار دینامیکی خیز ، نقطه وسط تیر به صورت بی بعد (w) در نمودار به عنوان نتایج اعمال بارگذاریهای مختلف بر حسب زمان بی بعد t() در نظر گرفته شده است.
حالت دو لایه ترموپیزوالکتریک توزیع یافته با آنترل تناسبی مستقیم در شرایط حرارتی غیر آوپل (مدار بسته) در این حالت شرایط مختلف بارگذاری حرارتی و مکانیکی مورد بررسی واقع شده همچنین تاثیر اعمال ضریب آل بهره میرایی جهت آنترل سیستم مورد بررسی قرار می گیرد. قاب ل توج ه اینک ه ای ن بارگ ذاری حرارت ی فق ط توس ط می دان حرارت ی اعم الی انج ام م ی ش ود همچنین آنترل به آمک سیستم مدار بسته حسگر پیزوالکتریک و عملگر پیزوالکتریک انجام می شود به طوریک ه ح سگر پیزوالکتری ک می زان تغیی ر مک ان ایج اد ش ده را ان دازه گی ری نم وده و سپس آنترل آننده با تقویت میزان ولتاژ اندازه گیری شده و با اعمال میدان الکتریکی مناسب م ی توان د توس ط عملگ ر پیزوالکتری ک تغیی ر مکانه ای سی ستم را آنت رل و می را نمای د. در ای ن سیستم بدلیل ارتباط بین لایه های حسگر و عملگر پیزوالکتریک ، سیستم را حالت مدار بسته می نامند. جهت بر رسی اثر آنترلی توزیع یافته لایه های حسگر و عملگر پیزوالکتریک بدون در نظر گ رفتن ت اثیر ح رارت ، اش کال (۶-٢) ت ا (۶-۵٢) نم ایش داده ش ده ان د . در ای ن حال ت ح سگر پیزوالکتریک میزان خیز ایجاد شده را بر حسب ولتاژ اندازه گیری نموده و سپس این ولتاژ پس از تقویت توسط آنترل آننده با اعمال میدان الکتریکی مناسب می تواند خیز سیستم را آنترل و میرا نماید . سیستم آنترل آننده مطابق شکل (۶-١) می تواند آنترلهای مختلف بر سیستم اعمال نماید. این آنترل با ضریب آل بهره میرایی (G) شناخته می شود بدین صورت آه با افزایش ضریب آل بهره میرایی دامنه ارتعاش خیز زودتر میرا و آاهش می یابد و با آاهش ضریب آل بهره میرایی دامنه ارتعاش خیز دیرتر میرا و آاهش می یابد. ضریب آل میرایی در سیستم آنترل آننده با میزانهای مختلف بر تیر مرآب ترموپیزوالاستیک اعمال می شود. با افزایشضریب آل بهره میرایی در سیستم آنترل آننده ممانهای خمشی الکتریکی و نیروهای محوری الکتریک ی در سی ستم اف زایش م ی یاب د آ ه م ی توان د دامن ه ارتعاش ی را می را نمای د. در ش کل (٢٠ت ا۵٢) ب ا اعم ال ض رایب آ ل به ره میرای ی الکتریک ی بی شتر ،ب دون در نظ ر گ رفتن ت اثیر افزایش دما، دامنه ارتعاش خیز تیر مرآب زودتر و بیشتر آاهش می یابد. در اش کال (۶-۶٢) ت ا (۶-٣٢) بارگ ذاری حرارت ی و اث ر آنت رل توزی ع یافت ه تناس بی مستقیم با ضریب آل بهره میرایی مختلف به طور همزمان ترسیم شده است. به عبارت دیگر تاثیر افزایش دما و اعمال اثرآنترلی توزیع یافته تناسبی مستقیم بر میرا شدن دامنه ارتعاش خی ز تی ر در ای ن اش کال نم ایش داده ش ده اس ت. ب ا هم ان اف زایش دم ا (θN = 3730k ) و اعم ال بیشتر ضریب آل بهره میرایی ، دامنه میرا شدن ارتعاش خیز تیر مرآب افزایش می یابد. در این اشکال حالت تاثیر حرارت و حالت در نظر نگرفتن تاثیر حرارت بر اثر آنترلی توزیع یافته تناسبی مستقیم با یکدیگر مقایسه شده اند. لازم به ذآر است فرآانس طبیعی ارتعاش برای تمام حالات ثابت و یکسان می باشد.

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

راهنمای سایت

برخلاف سایت های دیگر که فایل ها را به صورت تکی می فروشند روال سایت ما این است که شما با عضویت در سایت ما میتوانید از تمام فایل های موجود استفاده کنید.

تمام مطالب سایت فقط برای اعضای سایت رایگان است.

نحوه عضویت در سایت

آخرین مطالب

مطالب مرتبط