عنوان پایان‌نامه
مدل‌سازی و طراحی عملگر و حسگرهای ساخته شده از هیدروژل‌های هوشمند حساس به دما
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک طراحی کاربردی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3295;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 75753
- تاریخ دفاع
- ۱۶ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- جلال عبدالهی
- استاد راهنما
- مصطفی باغانی
- چکیده
- در این پایان نامه رفتار تیرهای لایه ای ساخته‌شده از هیدروژل‌های هوشمند حساس به دما، بررسی می‌شود. برای این کار ابتدا مدلی تعادلی برای هیدروژل‌های حساس به دما معرفی می شود که رفتار پیوسته و پایداری به‌خصوص در نزدیکی دمای گذار دارد. سپس، با استفاده از مدل معرفی‌شده و روش های اجزا محدود ، تیر دولایه ساخته‌شده از هیدروژل حساس به دما مدل‌سازی می شود. این تیر دولایه از یک‌لایه هیدروژل هوشمند حساس به دما و یک‌لایه تراکم ناپذیر الاستومر تشکیل می شود. در ادامه، با اصلاح فرضیات روش های تحلیلی ارائه شده در ادبیات برای تیرهای لایه ای، یک روش تحلیلی و تقریبی برای توصیف رفتار تیرهای دولایه ساخته‌شده از هیدروژل حساس به دما ارائه و با نتایج حاصل از روش اجزا محدود صحه گذاری می شود. سپس، روش تحلیلی که تطابق بیشتری با نتایج اجزا محدود دارد، برای توصیف رفتار تیرهای دولایه هیدروژلی در شرایط گوناگون دمایی ارائه می شود. همچنین تیر دولایه و تأثیر متغیرهای هندسی و جنس مواد تشکیل‌دهنده‌ی آن، در شرایط گوناگون دمایی بررسی می شود. در گام بعد با توسعه روش مورداستفاده برای تیرهای دولایه هیدروژلی، روشی تحلیلی برای توصیف رفتار تیرهای سه لایه ساخته‌شده از هیدروژل های هوشمند حساس به دما پیشنهاد می شود. در این روش تیرهای سه لایه از دولایه هیدروژل با خواص تورمی متفاوت و یک لایه ی تراکم ناپذیر الاستومر در وسط، تشکیل می شوند. جنس هیدروژل های به‌کاررفته در این تیرهای سه لایه به‌گونه‌ای انتخاب می شوند که تیرها دارای توانایی پاسخ گویی به افزایش و کاهش دما از یک مقدار مرجع می باشند. در این مرحله نیز مدل اجزا محدود تیرهای سه لایه توسعه داده می شود و برای صحه گذاری نتایج حاصل از روش تحلیلی پیشنهادشده، مورداستفاده قرار می گیرد. کلمات کلیدی: تیرهای دو و چند لایه، هیدروژل های هوشمند حساس به دما، تغییر شکل‌های بزرگ، روش تحلیلی، روش اجزا محدود
- Abstract
- In this work, the mechanical behavior of layered beams which made of smart thermally activated hydrogels is investigated. For this regard, an equilibrium model, which is continuous and numerically stable especially in the vicinity of the phase transition temperature, is introduced for the temperature sensitive hydrogels. Then, we model a bilayer beam made of two attached layers by using this model and applying finite element methods. One layer is made of a neutral incompressible elastomer, and the other is made of temperature sensitive hydrogel. In the next step, modifying the assumptions of proposed methods in literature for the deformation of layered gel beams, an analytical method is developed in order to solve the swelling induced bending of temperature responsive hydrogel bilayer. Then, developing this method, another analytical method to solve the finite bending of temperature responsive hydrogel bilayer is proposed. Several cases are solved to demonstrate the validity and performance of the proposed analytical procedure. The deformation and the stresses inside the layers are presented for various material parameters employing both the developed analytical formulation as well as the finite element method. A good correspondence between the presented method and the finite element method is observed. Finally, extending the presented methods of describing finite bending of bilayer beams, an analytical method to solve the swelling induced bending of temperature responsive hydrogel tri layer is proposed. The middle layer is made of a neutral incompressible elastomer, and the upper and lower layers are made of temperature sensitive hydrogel. Hydrogel material used in the tri-layer beams are selected in such a way that the beam has the capacity to respond to the increase and decrease of temperature from a suitable reference temperature. In this step, the finite element model is developed to validate the outcomes of the proposal method with finite element results. Due to good agreement with the finite element results, the presented analytical method in this work can be implemented for investigating the behavior of the temperature sensitive tri layer beams. Keywords: Bilayers and multilayers, Thermally-activated hydrogels, Finite bending, Analytical solution, Finite element method.
