با افزایش کاربرد کامپوزیت ها در پزشکی، استفاده از کامپوزیت های زیست سازگار الیاف کوتاه به عنوان تثبیت کننده‎ استخوان شکسته شده جای خود را نیز باز کرده است. در این مقاله با استفاده از مکانیک آسیب یک تثبیت کننده کامپوزیتی برای شکستگی ناحیه مچ دست -شکستگی زند زبرین یا دیستال رادیوس- برای به تعویق انداختن شکست در تثبیت کننده بهینه سازی می شود. برای مدل سازی رفتار تثبیت کننده، از یک مدل با دو مرحله همگن سازی و همچنین آسیب پیوسته لمتر برای پیش بینی آسیب استفاده می شود. در این مدل سازی از همگن سازی موری-تاناکا برای همگن کردن مدول سختی دانه‎‎ها و از مدل وویت برای همگن‎سازی کامپوزیت سود برده می شود. الگوریتم معرفی شده برای پیاده سازی عددی مدل دو مرحله ای همگن سازی به راحتی می تواند برای پیش بینی شکست در سایر کامپوزیت های الیاف کوتاه نیز مورد استفاده قرار گیرد. پس از راستی آزمایی مدل ارائه شده در یک تثبیت کننده معتبر، به بهینه سازی شکل هندسی این تثبیت کننده پرداخته می شود. نتایج پژوهش نشان می دهد مدل ارائه شده؛ یک مدل کارآمد برای پیش بینی شکست در پلاک های کامپوزیتی الیاف کوتاه است و می‎توان از این مدل برای بهینه سازی تثبیت کننده‎ها بدون آزمون های بالینی و تجربی استفاده کرد.

مکانیک آسیب پیوسته یکی از شاخه های مکانیک کاربردی است که به منظور پیش بینی وقوع شکست و یا بروز ترک در فرایندهای شکل دهی به کار گرفته می شود. در این مقاله یک مدل مکانیک آسیب نرم اصلاح شده برای پیش بینی وقوع ریز حفره ها، که به ترکهای مرکزی در فرایند اکستروژن مستقیم می انجامد، مورد استفاده قرار می گیرد. در تحلیل اجزای محدود، از یک روش کارا در انتگرال گیری معادلات ساختاری سود برده می شود. تاثیر پارامترهای موثر از جمله: زاویه قالب، ضریب کاهش سطح مقطع، ضریب اصطکاک و نرمی ماده تحت فرایند در بروز ترکهای مرکزی در فرایند اکستروژن مستقیم مورد ارزیابی قرار می گیرند. مقایسه های انجام گرفته، تطابق خوبی را بین پیش بینیهای مکانیک آسیب در محصول فرایند و نتایج تجربی موجود نشان می دهد.

اجزای ساختاری که در دماهای بالا کار می کنند، بیشتر در اثر آسیب خزشی که از شکل گیری ، رشد و ادغام میکروحفره ها حاصل می شود می شود، به حالت واماندگی می رسند. برای پیش بینی طول عمر خزشی ، روشهای متعددی پیشنهاد شده است. یکی از روشهای مهندسی پر کار برد روش مانکمن ـ گرانت (M-G) است.در این تحقیق، به دلیل اهمیت مرحله ی سوم خزش در سوپر آلیاژها، اصلاحاتی بر این مدلی اجرا شده است تا مقدار پراکندگی نتایج تجربی ، نسبت که مقادیر پیش بینی شده اصلاح شود. در این مقاله با استفاده از مکانیک آسیب پیوسته، روش M-G اصلاح شده و آنگاه طول عمر خزشی سوپر آلیاژ IN738LC محاسبه شده است.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (pdf) مراجعه فرمایید.

تئوری مکانیک آسیب پیوسته ابزاری است قدرتمند برای حل مسائلی هم چون تغییر شکل های پلاستیک بزرگ که مکانیک شکست سازه از تحلیل تاثیرات آن عاجز است. این مدل در چارچوب متغیرهای داخلی تئوری ترمودینامیک استخراج می شود و براساس نتایج آزمایشگاهی که بر روی خواص ماده انجام شده است، توسعه داده می شود. رشد میکروحفره ها، حاصل شکست غیر خطی کوپل شده با تغییر شکل های پلاستیک است. با توجه به این که چگالی و استحکام آلومینیوم برای استفاده در سازه های هوافضایی مناسب است از آن در ساخت بدنه و سازه وسایل فضایی استفاده می شود. آلومینیوم 5083 نیز به خاطر رفتار مکانیکی مناسب و سهولت جوشکاری و ماشینکاری یکی از پرکاربردترین مواد در سازه موشک، حامل و کاوشگرهای فضایی است. در این مقاله، آسیب پیوسته در آلومینیوم 5083 براساس مدل غیر خطی بنورا بررسی شده است. شبیه سازی عددی رفتار ماده در حین شکست در نرم افزار آباکوس به وسیله سابروتین (USDFLD) انجام می شود و نتایج به دست آمده با نتایج آزمایشگاهی مقایسه و صحه گذاری می شود. این مقایسه نشان می دهد که نتایج شبیه سازی و آزمایش تجربی هم خوانی مناسبی با هم دارند و مدل بنورا برای مدل سازی آسیب در آلومینیوم مناسب است.

در این پژوهش، رفتار مکانیکی مواد تقویت شده با آلیاژ هوشمند در چهارچوب مکانیک آسیب محیط های پیوسته بررسی عددی شده است. ساختار مورد بررسی یک قطعه ناچ دار آلومینیومی تقویت شده با آلیاژ هوشمند است که تحت بارگذاری کششی قرار می گیرد. شبیه سازی ساختار ذکر شده در نرم افزار المان محدود آباکوس انجام شده است. در این شبیه سازی آلیاژ هوشمند در بستر آلومینیومی گنجانده شده و هیچ لغزشی بین آلومینیوم و آلیاژ هوشمند وجود ندارد. برای خواص رفتاری همراه با آسیب آلومینیوم کد یومت مدل لمیتره ایجاد شده است. نتایج شبیه سازی به نتایج آزمایشگاهی بسیار شباهت داشت. همچنین برای خواص رفتاری آلیاژ هوشمند از کد یومت مدل برینسون استفاده شده است. نتایج شبیه سازی حاکی از تفاوت پاسخ رفتاری آلومینیوم و آلومینیوم تقویت شده با آلیاژ هوشمند است. وجود آلیاژ هوشمند در بستر قطعه ناچ دار علاوه بر جذب انرژی و شکست قطعه در بارگذاری های بالاتر نرخ رشد آسیب ماده تقویت شده را نیز کاهش می دهد.

در این مطالعه قابلیت اطمینان صفحات مستطیلی بدون سوراخ و حاوی یک سوراخ دایره ای مرکزی تحت بار کششی استاتیکی بررسی شده است. برای بررسی شروع و پیش روی آسیب از مفاهیم مکانیک آسیب پیوسته با استفاده از تحلیل اجزاء محدود استفاده شده است. معادلات سازگاری برای حالت آسیب همسانگرد تک جهته برای نمونه مستطیلی استخراج شده است و با کدی در نرم افزار المان محدود آباکوس اجرا می شود. برای بررسی احتمال خرابی نیز از روش مرتبه اول/دوم قابلیت اطمینان استفاده شده و تابع حالت حدی و متغیرهای تصادفی طبق مدل مکانیک آسیب به دست آمده است. برای نشان دادن آسیب، کانتورهای پیشرفت آسیب، نموار نیرو-جابجایی برای قطرهای مختلف رسم شده است. با اضافه شدن سوراخ مرکزی در صفحه مستطیلی به قطر 2 تا 10 میلی متر مقدار بار تخریب تقریباً 60 تا 80 درصد کاهش می یابد، که این نتایج با توجه به مفاهیم تمرکز تنش هم خوانی دارد. نتایج شبیه سازی شده با آزمایش های تجربی مقایسه شده و نشان داده می شود که نتایج شبیه سازی شده توسط منحنی نیرو-جابجایی تجربی تأیید می شود. در انتها احتمال خرابی هریک از صفحات با قطرهای مختلف تقریب زده و نیز تحلیل حساسیت بر روی پارامتر ضریب تغییرات انجام شده است. قابلیت اطمینان نمونه مذکور با قطر 10 میلی متر کمترین مقدار را دارد، در حالی که صفحه بدون سوراخ بالاترین میزان را دارد و در بین متغیرهای تصادفی، آسیب بحرانی بیشترین اثر را روی قابلیت اطمینان دارد.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

با توجه به گسترش استفاده از مواد مرکب در صنایع مختلف، همواره افزایش دقت در تحلیل خستگی سازه های مرکب موردتوجه است. با توجه به ساختار سازه های ساندویچی، حالت های خرابی مختلفی هنگام بارگذاری متناوب در این سازه ها به وجود می آید. هرچه تأثیر این حالت-ها بر یکدیگر هنگام ارزیابی عمر خستگی دقیق تر در نظر گرفته شود، دقت پیش بینی ها افزایش می یابد. در این پژوهش به کمک ترکیب دو زیر برنامه ی USDFLD و UMAT در نرم-افزار آباکوس ابزار جدیدی ارائه شده است تا اثر متقابل خستگی پوسته-های سازه ی ساندویچی و همچنین جدایش بین پوسته و هسته بر یکدیگر با استفاده از مدل های موجود دیده شود. این ابزار پس از اعتبار سنجی برای ارزیابی خستگی یک صفحه ی ساندویچی با هسته ی PVC با سفتی های متفاوت 50MPa، 3GPa و 1GPa و پوسته ی AS4/3501-6 با لایه چینی [0]4، [90]4 استفاده شده است. در این تحلیل جدایش بین پوسته و هسته به کمک مدل ناحیه ی چسبنده و خستگی پوسته توسط مدلی بر پایه ی انرژی به صورت هم زمان استفاده شده است و اثرات حالت های خرابی بر یکدیگر در نظر گرفته شده است. نتایج نشان دادند که با افزایش سفتی هسته شروع جدایش ناحیه ی اتصال هسته و پوسته دیرتر رخ می دهد و جدایش بین پوسته و هسته به سمت لبه های آزاد صفحه می رود. همچنین مشاهده شد که خرابی کنترل کننده ی عمر این سازه حالت جدایش بین پوسته و هسته است. نتایج بیانگر کاهش نرخ رشد پارامتر خرابی در ناحیه ی چسبنده در یک نقطه ی مشخص، افزایش نرخ رشد سطح ترک بین پوسته و هسته و افزایش نرخ رشد پارامتر خرابی در پوسته در طول بارگذاری هستند.

بر اساس نتایج آزمایشات بارگذاری بر روی نانوتیوبهای کربنی و کامپوزیتهای آن، شکل پذیری و جذب انرژی قابل توجهی در ورای حد الاستیک در این نانوسازه ها دیده شده است. با توجه به محدودیت های محاسباتی روش های تحلیلی (نظیر دینامیک مولکولی و مکانیک کوانتومی) برای شبیه سازی این رفتار، در این مقاله از روش مدلسازی مکانیک محیط پیوسته در قالب روش اجزای محدود استفاده شده است. به این صورت که ابتدا چگونگی بروز رفتار غیرالاستیک در نانوتیوبها و سپس شیوه های مدلسازی در این اندازه و اعتبار آنها در قالب روش های مکانیک محیط پیوسته بررسی شده است. سپس رفتار غیر الاستیک نانوتیوبها به دو روش تحلیلی و عددی (بر پایه مدل الاستو - پلاستیک) و برای سنجش میزان دقت، نتایج هر دو مدل با نتایج آزمایشگاهی و روش دینامیک مولکولی مقایسه شده است. در پایان نیز محدودیت ها و امکانات این روش مورد بررسی قرار گرفت.