عنوان پایان‌نامه
تحلیل عددی و المان محدودخصوصیات ارتعاشی یک تیر کامپوزیتی ترکیبی با سیم های آلیاژ حافظه دار
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک طراحی کاربردی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3090;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 71967
- تاریخ دفاع
- ۱۰ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- سجاد داودآبادی
- استاد راهنما
- محمد رضا ذاکر زاده, مصطفی باغانی
- چکیده
- سازه‌های هوشمند را می توان حاصل پیشرفت و ترکیب فناوری‌های سازه، مواد هوشمند، الکترونیک و کنترل دانست. تغییر شکل به صورت هوشمند یکی از کاربردهای مهم آلیاژهای حافظه‌دار در این سازه های هوشمند می‌باشد. با استفاده از این آلیاژها به راحتی می‌توان شکل یک سازه را به صورت پیوسته تغییر داد. یکی از کاربردهای آلیاژهای حافظه‌دار در کنترل غیرفعال ارتعاشات سازه‌ها می‌باشد. به همین دلیل هدف این پایان‌نامه بررسی رفتار آلیاژهای حافظه‌دار در این زمینه می‌باشد. در این پایان‌نامه ارتعاشات آزاد غیرخطی و استهلاک یک تیر کامپوزیتی دو سر گیردار شامل سیم‌های آلیاژ حافظه‌دار که در لایه میانی آن نشانده شده‌‌اند، با استفاده از دو روش تحلیلی و المان محدود مورد بررسی قرار گرفته است. تیر مورد بررسی در روش تحلیلی، بر اساس تئوری تیر اویلر – برنولی و کرنش‌های متوسط تحلیل می‌شود. آلیاژ حافظه‌دار با استفاده از معادلات ساختاری برینسون یک بعدی مدل‌سازی گردیده است. اصل همیلتون برای استخراج معادلات حرکت تیر استفاده شده است. اگر چه عبارت مجزایی برای استهلاک در معادلات حاکم وجود ندارد، اما با توجه به انبساط لایه میانی به وسیله تنش کششی در سیم‌های آلیاژ حافظه‌دار، استهلاک در تحلیل غیرخطی مدل شده است. معادلات حرکت تیر با روش‌های عددی حل شده است. نتایج حل تحلیلی، کاهش تدریجی در دامنه ارتعاشات تیر را تا زمان رسیدن به پاسخ کاملاً الاستیک نشان می‌دهد. این مسئله در مدل خطی دیده نمی‌شود. ارتعاشات آزاد تیر، پاسخ زمانی، منحنی فاز، نمودار تنش – کرنش در سیم‌ها، تغییرات فاکتور اتلاف، فرکانس طبیعی و انرژی تلف شده مورد بررسی قرار گرفته است. اثرات تعداد و قطر سیم‌ها، جنس ماده کامپوزیت و شرایط اولیه در دامنه ارتعاشات و میزان استهلاک ارتعاشات آزاد تیر نیز بررسی گردیده است. نتایج حل المان محدود نیز، اثر استهلاکی سیم‌های آلیاژ حافظه‌دار در ارتعاشات تیر را تصدیق می‌کند. همچنین مقادیر پارامترهای مهم ارتعاشات بین دو روش با یکدیگر مقایسه گردیده است. کلید‌واژگان ارتعاشات غیرخطی، سیم آلیاژ حافظه‌دار، استهلاک، تیر
- Abstract
- Smart structures are the combination of structure, smart material, electronics and control technologies. Changing the shape of the structures by smart actuators is one of the most important applications of Shape Memory Alloy (SMA) in these structures. Having used these actuators, we can effortlessly and continuously deform and reshape the structures. One of the applications of shape memory alloys is passive control in the vibrating structures. So in this thesis, the target is to investigate the behavior of shape memory alloys in this field. In this thesis, nonlinear free vibration and damping of a clamped–clamped composite beam containing shape memory alloy (SMA) wires embedded in the midsurface by two analytical and finite element methods are investigated. The beam is analyzed by Euler–Bernoulli beam theory and average strain theory. Shape memory alloy is modeled by the one-dimensional constitutive equation proposed by Brinson. Hamilton’s principle is used to derive differential equation of the beam motion. Considering midplane stretching due to tension in the shape memory alloy wires provides an ability to model damping in a nonlinear analysis although there is no distinct damping expression in the governing equation of motion. The equation of motion is solved by numerical method. The analytical results show a gradual decrease in the free vibration amplitude of the beam until it reaches a fully elastic response while this cannot be seen in linear models. Free vibrations of the beam are investigated, and time response, phase diagram, state of stress and strain in the wires, and variations of loss factor, natural frequencies and dissipated energy are studied. The effects of number and diameter of the wires, composite material and initial condition on the final stable vibration amplitude and damping in free vibrations of the beam is also investigated. The numerical results of finite element method verify the damping effect of shape memory alloy wires in the vibration of the beam. Also the critical vibration parameters of both methods are compared. Keywords Nonlinear Vibration, Shape Memory Alloy Wire, Damping, Beam
