همگام با رشد سریع علوم و تکنولوژی در دهه­­های اخیر، نیاز به مواد جدیدی که مهندسان را در طراحی و ساخت سازه­های مهندسی یاری کند، به شدت در جای جای صنعت احساس می شود؛ موادی که در زمینه ­های مختلف مهندسی قابل استفاده بوده و با بهبود خواص مورد نظر، مشخصه­های بهتری را در عمل نتیجه دهند.

یکی از عوامل مهمی که باعث پیشرفت و گسترش صنایع در زمینه‌های مختلف شده است، پیدایش مواد جدید می­باشد. دست­یابی به موادی از قبیل کامپوزیت‌ها و آلیاژهای حافظه­دار همگی مبین این مطلب است. در این میان، مواد هوشمند که اساس بوجود آمدن سازه‌های هوشمند می‌باشند، نقش بسیار مهمی را در بهینه‌سازی و توسعه صنایع ایفا کرده ­اند.

در ادامه به بررسی مواد كامپوزیتی و همچنین مواد حافظه دار و تحقیقات اخیر در این مورد  می پردازیم .

1‌.2‌     پیشینه تحقیق

هونگیو جیا[3] در سال ‌1998]1[، مقاومت در برابر ضربه ساختارهای کامپوزیتی هیبرید آلیاژ حافظه دار را مورد بررسی قرار داد. جذب انرژی کرنشی تیرها و میله های SMA تحت تنش و خمش مورد بررسی قرار گرفتند. او یک مدل تئوری برای ایجاد رابطه بین کسر مارتنزیت، بار اعمالی و انرژی کرنشی جذب شده در آلیاژ حافظه دار ارائه داد. او به طور تحلیلی دریافت که مواد سوپرالاستیک SMA قابلیت جذب انرژی کرنشی بالایی را از خود نشان می دهند. او معادلات غیر خطی برای ورقهای کامپوزیتی هیبرید SMA ارائه داد که می تواند برای تحلیل ضربه سرعت پایین یا بارهای تماسی شبه استاتیک به کار رود. معادلات حاکم شامل تغییر شکل برشی عرضی به همراه تحلیل مرتبه اول، خیز بزرگ ورقها و لامینای  SMA/ اپوکسی می باشد. این معادلات برای حالت کلی با شرایط مرزی کلی و زوایای چینش کلی استخراج شده اند.

مارك پیترزاكوسكی[4] در سال 2000 ]2[، تغییرات خواص دینامیکی صفحات کامپوزیتی مستطیلی و ورقهای ساندویچی حاوی لایه های تقویت شده توسط فیبرهای SMA را مورد تحلیل قرار داد. او از خاصیت تغییر شدید سختی SMA بر اثر دما، برای کنترل شبه فعال استفاده کرد.

تراویس[5] و همکاران در سال 2001 ]3[، سعی در ساخت و تست کامپوزیتهای هیبرید آلیاژ مواد حافظه دار کردند. این نمونه ها ساختارهای کامپوزیتی متعارفی بودند که از مواد SMA درونشان استفاده شده بود. آنها، این نمونه را برای تایید یک مدل ترمومکانیکی برای ساختارهای SMAHC تهیه کردند. آنها، رفتار تنش کرنش نایتینول، مدول در برابر دما و تنش احیا در برابر دما و سیکل حرارتی را مورد بررسی قرار دادند.

رح و كیم[6] در سال 2002 ]4[، از تئوری برشی مرتبه اول و روش المان محدود برای تحلیل عددی ضربه سرعت پایین وارد بر کامپوزیتهای هیبرید SMA استفاده کردند.

رح  و كیم در سال 2002 ]6[، با تغییر کسر حجمی SMA و افزایش دما، میزان خیز ناشی از ضربه را روی صفحه کامپوزیتی تقویت شده توسط فیبرهای SMA به حداقل رساندند. آنها نشان دادند  که بهینه سازی توزیع کسر حجمی فیبرهای SMA، نقش مهمی در کاهش خیز این صفحات دارد.

موچان و سیلچنكو[8] در سال 2004 ]7[، راه حلی تحلیلی برای مساله از بین رفتن پایداری متقارن محوری یک صفحه دایروی SMA تحت انتقال فاز مستقیم در اثر نیروی فشاری ارائه دادند.

ریوكا گیلات و جاكوب آبودی[9] در سال 2004 ]8[، معادلات میکرومکانیک کامپوزیتهای تک جهته دارای فیبرهای SMA در ماتریس پلیمری یا فلزی را بدست آوردند. آنها این معادلات را برای تحلیل رفتار غیر خطی ورقهای کامپوزیتی با عرض بینهایت تحت اثر بار حرارتی ناگهانی بکار گرفتند.

پارك[10] و همکاران در سال 2004 ]9[، رفتار ارتعاشی ورق کامپوزیتی هیبرید SMA کمانش یافته بر اثر حرارت را مورد بررسی قرار دادند. معادلات المان محدود غیر

خرید اینترنتی فایل متن کامل :

 

 

 خطی با تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول در این تحقیق به کار گرفته شدند. رابطه کرنش فون کارمن برای محاسبه خیز بزرگ به کار گرفته شد.

مو[11] و همکاران در سال 2005 ]10[، رفتار مقابله با ضربه ورقهای کامپوزیتی کربن اپوکسی را که دارای سیمهای آلیاژ حافظه دار سوپرالاستیک بود، مورد بررسی قرار دادند. آنها دریافتند که اضافه کردند فیبرهای SMA مقاومت در برابر صدمه را برای کامپوزیتها افزایش می دهد.

ژانگ[12] و همکاران در سال 2006 ]11[، ورقهای کامپوزیتی را در دو حالت دارای فیبرهای SMA همجهت و فیبرهای بافته شده SMA مورد تحلیل ارتعاشی ضربه قرار دادند. ایشان دریافتند که با کنترل تحول فاز SMA از مارتنزیت به آستنیت می توان کنترل دقیقتری روی تنظیم سختی سازه داشت.

شانگ و تانگ شن[13] در سال 2007 ]12[، ارتعاشات آزاد و اجباری کامپوزیتهای دارای فیبر آلیاژهای هوشمند را در تغییر شکل های بزرگ مورد بررسی قرار دادند. آنها از معادلات بنیادی ترمومکانیکی SMA ارائه شده توسط Brinson و همکاران برای ارزیابی خواص صفحات کامپوزیتی هیبرید SMA استفاده کردند. آنها از روش گلرکین برای تبدیل معادلات دیفرانسیل جزئی به معادلات دیفرانسیل معمولی غیر خطی استفاده نمودند. آنها دریافتند که اثرات دما روی پاسخ اجباری در حین تحول فاز از ماتنزیت به آستنیت چشمگیر است.

ویكتور بیرمن[14] در سال 2007 ]13[، کنترل غیر فعال ارتعاشات ورقهای نازک کامپوزیتی با فونداسیون الاستیک از آلیاژ حافظه دار را مورد بررسی قرار داد.

خلیلی[15] و همکاران در سال 2007 ]14[، پاسخ ورق کامپوزیتی هیبرید SMA را در برابر ضربه سرعت پایین مورد بررسی قرار دادند. ایشان برای حل تحلیلی معادلات دینامیکی حاکم بر ورق کامپوزیتی هیبرید، از تئوری برشی مرتبه اول و سری فوریه استفاده کردند.

خلیلی و همکاران در سال 2007 ]15[، اثر بعضی از پارامترهای مهم را روی پاسخ ضربه سرعت پایین ورفهای کامپوزیتی هیبرید جدارنازک فعال دارای سیمهای SMA مورد بررسی قرار دادند. در این تحقیق آنها تاثیر سیمهای SMA را روی تاریخچه نیروی تماسی، خیز، کرنشها و تنشهای درون صفحه ای این سازه ها بررسی نمودند. آنها نشان دادند که پارامترهای فیزیکی و هندسی مانند نسبت حجمی SMA، جهت فیبرهای کامپوزیت، جرم ضربه زننده، سرعت ضربه زننده و نسبت طول به ضخامت این صفحات فاکتورهای مهمی در فرایند ضربه و طراحی این سازه ها می باشند.

جان و حریری[16] در سال 2008 ]16[، تغییرات فرکانس طبیعی سازه های کامپوزیتی دارای فیبرهای آلیاژ حافظه دار نایتینول را با تحلیل توزیع انرژی کرنشی روی یک ورق مورد بررسی قرار دادند. ایشان این معادلات کرنش را به طور تحلیلی و عددی حل کردند تا تاثیر نیروهای نقطه ای وارد بر ورق را بررسی کرده و فرکانس طبیعی آن را محاسبه کنند.

1‌.3‌     معرفی موضوع تحقیق

با توجه به ویژگی‌های متمایز و برتر آلیاژهای حافظه‌دار، كاربرد آن‌ ها به طور فزاینده‌ای در صنایع مختلف از جمله صنایع تولید خودرو رو به گسترش است ولی به دلیل هزینه گزاف تولید این مواد امروزه از كاربرد خالص آنها خودداری می شود همچنین استفاده فیبرهای مواد حافظه دار در سازه های كامپوزیتی مزیت استفاده از خواص تركیبی كامپوزیت را نیز فراهم نموده و بنابراین علاوه بر افزایش كارایی ورقهای كامپوزیتی مورد استفاده در سازه ها وزن نهایی آنها را نیز كاهش می دهد كه این امر بخصوص در صنعت خودروسازی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. سازه‌های SMA در فرایند ساخت و یا در حین انجام مأموریت، تحت تأثیر بارهای دینامیكی قرار می‌گیرند. رفتار این مواد، با توجه به تحول فازی، متأثر از میدان تنشی پیچیده است. تحولات فازی باعث تغییر مشخصه‌ های مكانیكی ماده از جمله مدول یانگ، قابلیت استهلاك، فنریت و فركانس طبیعی سازه می‌شوند و به این ترتیب تعیین عوامل مؤثر در تغییر شكل، تنش‌های متغیر دینامیكی و میزان تأثیر آن‌ ها به صورت تركیب با مواد كامپوزیتی امری بسیار دشوار و بغرنج می‌باشد.

در این پروژه، ابتدا نقش مواد حافظه دار در ورقهای كامپوزیتی به صورت استاتیكی مورد بررسی قرار می گیرد و سپس به بررسی تغییر رفتار ورقهای كامپوزیتی تقویت شده با فیبرهای SMA با تغییر پارامترهای مختلف در این ورقها پرداخته می شود