عنوان پایان‌نامه
تحلیل مخزن جدار ضخیم بتنی خود ترمیم در چارچوب مکانیک آسیب- ترمیم محیط‌های پیوسته
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک طراحی کاربردی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3412;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77794;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3412;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77794
- تاریخ دفاع
- ۱۵ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- امین کاظمی
- استاد راهنما
- مصطفی باغانی
- چکیده
- مواد خودترمیم در دسته‌ی مواد هوشمند قرار می‌گیرند و این ظرفیت درونی را دارند که بخشی از آسیب که بر اساس گذر زمان در آن‌ها ایجاد می‌شود را بازیابی کنند. در این پژوهش مدل‌سازی نیمه‌تحلیلی برای پیش‌بینی رفتار مکانیکی مخزن جدارضخیم ساخته‌شده از ماده‌ی بتنی خودترمیم ارائه شده است. در این راستا یک مدل ساختاری که توسط شهسواری و همکاران برای پیش‌بینی رفتار موادخودترمیم پیشنهاد شده، استفاده شده است. این مدل به منظور تشخیص رفتار متفاوت بتن در کشش و فشار از تکنیک تجزیه طیفی تنش بهره برده است. همچنین فرضیه انرژی کرنشی معادل و انرژی پتانسیل گیبس در نظر گرفته شده است. انرژی پتانسیل گیبس به سه قسمت تقسیم شده: انرژی الاستیک، انرژی آسیب و انرژی ترمیم. از نابرابری کلازیوس-دوهم را با توجه به ترمودینامیک فرآیندهای برگشت‌ناپذیر استفاده شده است. نیروهای مزدوج آسیب و ترمیم برای سیلندر جدارضخیم به دست آمده است. رشد متغیرهای آسیب و ترمیم به عنوان متغیرهای داخلی به دست آمده و سطوح آسیب و ترمیم کششی و فشاری برای تشخیص رفتار آسیب و ترمیم از رفتار الاستیک، معرفی شده است. ما سیلندر جدارضخیم را به سه ناحیه تقسیم کرده‌ایم: ناحیه‌ی ترمیم‌شده، ناحیه‌ی و ناحیه‌ی الاستیک. در هر قسمت، پاسخ نیمه‌تحلیلی برای سیلندر بتنی خودترمیم جدارضخیم به دست آمده است. در نهایت، تنش‌های شعاعی و مماسی به صورت تابعی از متغیرهای آسیب و ترمیم کششی و فشاری، پارامترهای مادی و جابه‌جایی شعاعی برای هر ناحیه محاسبه شده است. با انجام مطالعه‌ی پارامتری روی پارامترهای ترمیم، اثرات متغیرهای آسیب و ترمیم کششی و فشاری بر تنش‌های شعاعی و مماسی بررسی کردیم. با کاهش آستانه‌ی ترمیم، ناحیه‌ی ترمیم‌شده افزایش می‌یابد، درحالی‌‌که کاهش سخت‌شوندگی ترمیم، محدوده‌ی این ناحیه را تغییر نمی‌دهد. سخت‌شوندگی ترمیم نرخ رشد ترمیم را عوض می‌کند، بنابراین بر انحنا و شیب نمودارهای تنش‌های شعاعی و مماسی در ناحیه‌ی ترمیم‌شده تأثیر می‌گذارد. باید ذکر کرد که با استفاده از مقادیر مشخص برای پارامترهای ترمیم می‌توان سطح تنش مماسی در شعاع داخلی را تا261% نسبت به حالت بدون ترمیم افزایش داد.
- Abstract
- Self-healing materials are a class of smart materials that have a structurally capability to recover damage caused by environmental stimuli over time. In this dissertation, a semi-analytic modeling is presented for predicting the mechanical behavior of a thick-walled pressure vessel made of a self-healing concrete material. Along this purpose, a continuum damage-healing constitutive model is used to investigate the effect of damage and healing in stress field of concrete pressure vessels. This model use stress spectral decomposition method to model the different behavior of concrete in tensile and compressive loadings. Also, Clausius-Duhem inequality and the thermodynamics of irreversible processes are considered and conjugate forces of damage and healing are derived for a concrete thick-walled cylinder. Gibbs potential energy is divided into three parts; elastic energy, damage energy and healing energy. In this regard, the model introduce damage and healing surfaces to detect damage and healing behaviors from elastic one. Then, two linear isotropic hardening functions are used in these surfaces for evolving of damage and healing variables. We divide thick-walled cylinder to three zones; damaged-healed zone, damaged zone, and elastic zone and derive an analytical closed-form solution for a self-healing concrete thick-walled cylinder. We show the validity the model by presenting an example. Finally, a parametric study on the healing parameters of self-healing concrete thick-walled cylinder are performed to demonstrate the capability of the model. It is noted that for a case with the specified values of healing parameters, tangential stress level in internal radius of thick-walled self-healing cylinder is 261% more than that of thick-walled non-self-healing cylinder. Keywords: elastic-damage-heal model, self-healing concrete, thick-walled cylinder, continuum damage-healing mechanics, spectral decomposition.
