دانلود تحقیق با موضوع نقطه مرکز

نميباشد. در ادامه ابتدا به معرفي کاملترين مدل ساختاري ارائه گرديده تاکنون ميپردازيم. سپس در فصل بعد به شبيهسازي ضربه گلوله روي اين مدل پرداخته خواهد شد و در انتها نتايج حاصل از اين شبيهسازي با کارهاي ديگر صورت گرفته در اين زمينه مقايسه خواهد شد.
مدل ساختاري جديد
پروانه در سال 1388 کامل‌ترين مدل ساختاري را براي نانولوله پيشنهاد کرد و توسط اين مدل خواص نانولوله و کمانش آن را مورد بررسي قرارداد]6[. در اين مدل از المانهاي فنر و رابط براي مدل کردن برهمکنش‌هاي ميان اتمهاي کربن استفاده شده است.در ادامه شيوه مدل‌سازي آورده شده است. نرمافزار مورد استفاده در شبيهسازي اين مدل نرمافزار آباکوس ميباشد]34[.
نرمافزار آباکوس يک مجموعه از برنامههاي مدل‌سازي بسيار توانمند ميباشد که مبتني بر روش اجزا محدود بوده و قابليت حل مسائل مختلف از يک تحليل خطي ساده تا پيچيدهترين مدلسازيهاي غيرخطي را دارا ميباشد. اين نرمافزار داراي مجموعه المانهاي بسيار گستردهاي است که هر نوع هندسهاي را ميتواند به صورت مجازي توسط المانها مدل کند. قسمت اصلي اين نرمافزار فضاي CAE آن است که به کاربر امکان اجراي دستورات توسط آيکونهاي کمکي و مشاهده گرافيکي نتايج حاصل را ميدهد. اين فضا به بخشهاي مختلف تقسيم ميشود که فرآيند مدل‌سازي در طي اين بخشها صورت ميپذيرد. در ادامه ايجاد نانولوله کربني توسط اين بخشها گفته خواهد شد.
بخش اول مربوط به ساخت هسته اوليه مدل ميباشد. براي ايجاد نانولوله کربني به ايجاد اتمهاي کربن نياز است. اين کار در بخش part نرمافزار از طريق ايجاد کرههاي توخالي صلب به عنوان اتم کربن امکانپذير است. شعاع کره برابر شعاع اتمهاي کربن يعني 0.077 نانومتر ميباشد. علاوه بر اتمها دو صفحه صلب دايروي به منظور اعمال شرايط تکيهگاهي طراحي شده است.
بخش دوم در ارتباط با خصوصيات ماده ميباشد. در اين بخش که در نرمافزار با property شناخته ميشود خصوصيات مربوط به ماده مورد استفاده در شبيهسازي آورده ميشود. با توجه به اينکه مدل مورد استفاده در اين پاياننامه از قسمتهاي صلب تشکيل شده نيازي به تعريف ماده در اين قسمت نيست. تنها بايد جرم اتم کربن را در نقطه مرکزي اتم تعريف کنيم. جرم اتم کربن برابر است با:
m=1.9943×?10?^(-26) kg
بخش سوم assembly است که براي ترکيب و ساخت نهايي هندسه مدل ميباشد. با استفاده از قابليتهاي اين حوزه در چرخش و انتقال، کُرههاي تو خالي را بر اساس ساختار هندسي نانولوله کربني ترکيب ميکنيم. ساختارهاي ايجاد شده در اين پاياننامه، زيگزاگ و آرمچير هستند. دو صفحه صلب نيز در دو انتهاي نانولوله کربني قرار ميگيرند.
آخرين بخش براي تکميل مدل بخش interaction ميباشد. در واقع هسته اصلي مدل اين بخش است. در اين بخش، المانهاي مختلفي براي ايجاد برهمکنش ميان دو قسمت وجود دارد. براي اعمال برهمکنش بين اتمها ابتدا بايد پتانسيلهاي موجود بين اتمي را به دست آوريم.
در بخش3-4 درباره انرژيهاي پتانسيل موجود در نانولولههاي کربني بحث شد. انرژي پتانسيل کل در نظر گرفته‌شده براي مدل ساختاري در اينجا به صورت زير ميباشد که در آن از پتانسيلهاي غير پيوندي الکترواستاتيک و واندروالس صرف‌نظر گرديده است[17].
(‏3-10)
که در آن
(‏3-11)
(‏3-12)
(‏3-13)
(‏3-14)
در اين مدل از يک فنر محوري براي مدل کردن تغيير زاويه پيوند استفاده شده است. رابطه ميان تغيير زاويه پيوند و تغيير طول متناظر در فنر محوري به صورت زير بيان ميگردد:
(‏3-15)
که در آن ? زاويه بين دو پيوند کشش، r طول پيوند کشش و R طول فنر محوري ميباشد.
شکل (‏3-10): پارامترهاي مربوط به يک سلول واحد شش ضلعي
لازم به ذکر است که علاوه بر تغيير شکل فنر با تغيير زاويه پيوند، در اثر کشيدگي يا فشردگي دو پيوند متناظر با فنر محوري، مقداري تغيير شکل در اين فنر ايجاد ميگردد. اين تغيير شکل اضافي در مسائلي که نانولوله دچار تغيير شکلهاي خيلي بزرگ شده يعني مسأله وارد محيط پلاستيک ميگردد و بحث شکست پيوند مطرح ميشود، مهم ميباشد. که در تحقيق حاضر مسأله ضربه و تغيير شکل نانولوله در ناحيه الاستيک رخ ميدهد. با اين وجود در انتهاي فصل 4 تأثير اين خطاي مدلسازي در تحقيق حاضر بررسي شده است.
با توجه به معادله (3-15) ميتوان معادله (3-12)را به صورت زير نوشت:
(‏3-16)
نيروي کشش، گشتاور خمشي تغيير زاويه، گشتاور پيچشي دوسطحي و گشتاور پيچشي خارج صفحهاي را ميتوان توسط مشتقگيري از معادلات(3-11)، (3-13)، (3-14) و (3-16) به دست آورد:
(‏3-17)
(‏3-18)
(‏3-19)
(‏3-20)
ثابتهاي اعمال‌شده در معادلات برهمکنش در جدول (3-2) آورده شده است:
جدول (‏3-2): ثابتهاي معادلات برهمکنش در نانولولههاي کربني
اندرکنشها
پارامترها
, ,
, ,
,,
,,
در اين مدل ساختاري از المانهاي فنر و رابط براي مدل کردن برهمکنشهاي ميان اتمهاي کربن استفاده شده است؛ به طوري که يک فنر محوري غيرخطي براي مدل کردن برهمکنش تغيير زاويه پيوند و يک رابط غيرخطي براي مدل کردن برهمکنشهاي کشش پيوند و پيچش پيوند بکار رفته است(شکل(3-12)). اين المانها به نقاط مرجع44 واقع بر مرکز کُرههاي تو خالي متصل ميگردند. بر روي هر يک از اين کُرهها يک سيستم مختصات محلي قرار گرفته است که ترکيبي از سيستم مختصات کارتزين45 براي کشش و سيستم مختصات چرخشي46 براي پيچش ميباشند. جهت x سيستم مختصات در جهت رابط و جهت z آن در جهت عمود بر محور مرکزي نانولوله و به سمت مرکز ميباشد. به دليل آنکه در فضاي CAE نرمافزار آباکوس فقط قادر به استفاده از فنر خطي هستيم، بنابراين با اجراي دستور فنر غيرخطي در فايل ورودي47 نرم‌افزار و اعمال رابطه غيرخطي براي بر اساس با استفاده از معادله(3-18) ميتوان فنر خمشي را به مدل اعمال کرد. براي اعمال نيروهاي کششي و پيچشي به رابطها، ميتوان به طور مستقيم سفتيهاي غيرخطي را در سه جهت x، yو z اعمال کرد. براي سفتيهاي کششي در جهت x ، ميتوانيم دادههاي غيرخطي را براي بر اساس و توسط معادله(3-17) به دست آوريم. براي سفتيهاي پيچشي در جهت x ، ميتوان دادههاي غيرخطي را براي (T( بر اساس و توسط معادله(3-19) به دست آورد. و در نهايت براي سفتيهاي پيچشي در جهت y ميتوان دادههاي غيرخطي را براي (T( بر اساس و توسط معادله (3-20) محاسبه کرد.
شکل (‏3-11): نحوه قرارگرفتن دستگاه مختصات محلي بر روي مرکز اتم‌هاي کربن
Bending spring
Connector Coordinate system
Interaction elements
شکل (‏3-12): المانهاي فنر و رابط متناظر با برهمکنش اتمهاي کربن
در شکل(3-13)، يک مدل کامل از نانولوله کربني زيگزاگ به همراه صفحات تکيهگاهي در فضاي CAEنرمافزارABAQUS نمايش داده شده است. در فصل بعد رفتار مکانيکي اين مدل از نانولوله کربني تحت ضربه گلوله بررسي خواهد شد.
شکل (‏3-13): تصوير يک نانولوله کربني زيگزاگ در فضاي CAE نرم‌افزار آباکوس
رفتار مکانيکي نانولوله کربني تحت ضربه
مقدمه
با توجه به رشد سريع علم و تکنولوژي در دنياي امروز، تحقيق و پژوهش در عرصههاي مختلف (صنعتي و غير صنعتي) امري ضروري و اجتنابناپذير بوده و ميتواند رهگشاي مناسبي براي فرداي بهتر باشد. از جمله مسائلي که اخيراً مورد توجه بسيار واقع‌شده، مسأله برخورد و آثار ناشي از آن ميباشد. امروزه با توجه به پيشرفت علوم وتکنولوژي اهميت پديده برخورد بيش از پيش مورد توجه قرار گرفته است و در موضوعات نظامي و غير نظامي از قبيل آنچه در زير فهرست شده نيز از اهميت ويژه‌اي برخوردار است.
تخريب سازههاي بتوني؛
حفاظت سفينههاي فضايي؛
طراحي بدنه کشتيها؛
طراحي و ساخت زرههاي انفرادي و جمعي؛
ايمن‌سازي مراکز حساس.
از جمله کاربردهاي خاص پديده برخورد، کاربرد نظامي آن است؛ که طراحي و ساخت زرههاي شخصي و زرههاي خودروهاي نظامي است. براي کاهش وزن کلي ادوات زرهي پيشرفتهاي امروزي در جهتي بوده که وزن زره تا حد امکان سبک انتخاب گردد به شرط آنکه حفاظت زرهي آن در حد بالايي حفظ شود. با توجه به اهميت به‌کارگيري اين نوع زرهها در نيروهاي رزمي، بايد مطالعات و تحقيقات جامعي را در زمينه طراحي بهتر و پيشرفت وسايل فعلي موجود، انجام داد.
تئوري کلاسيک ضربه که به استريومکانيک48 معروف است، بر اساس قانون ضربه و اندازه حرکت براي اجسام صلب استوار است. با استفاده از اين تئوري ميتوان سرعتهاي ابتدايي و انتهايي اجسام و ضربه خطي يا زاويهاي اعمالي را مورد بررسي قرار داد اما نميتوان نيروها، تنشها وتغيير شکلها را بررسي نمود. در برخورد کاملاً الاستيک دو جسم، قانون بقاي انرژي مکانيکي همراه با بقاي اندازه حرکت خطي يا زاويهاي جهت تعيين سرعتهاي نهايي اجسام برخورد کننده بکار گرفته ميشود و در صورتي که برخورد منجر به تغيير شکل دائمي شود، رابطه ضريب بازگشت (e) که توصيف کننده درجه پلاستيکي برخورد بوده و عبارتست از نسبت مولفههاي سرعت نسبي نهايي به سرعت نسبي ابتدايي دو جسم برخورد کننده در امتداد عمود بر سطوح تماس، بجاي قانون بقاي انرژي مکانيکي مورد استفاده قرار ميگيرد. مقادير e=1 و e=0 به ترتيب به مفهوم ايدهآل برخوردهاي کاملاً الاستيک و کاملاً پلاستيک دلالت دارند. خصوصيات اصطکاکي سطوح تماس در تئوري کلاسيک ضربه بوسيله ضريب اصطکاک ديناميکي (ƒ) منظور ميگردد که در برخورد دو سطح کاملاً صيقلي اين ضريب صفر ميباشد]35[.
در اين فصل سعي شده است با نگاهي به جديدترين کاربردهاي موجود، يعني استفاده از نانولوله کربني در ساخت مواد ضدضربه ، به بررسي رفتار مکانيکي نانولولههاي کربني تحت ضربه پرداخته شود. براي اين منظور ابتدا به شيوه شبيهسازي گلوله و پديده برخورد و روش محاسبه مقدار انرژي جذب شده ميپردازيم.
شبيهسازي ضربه روي نانولوله کربني
در فصل قبل شيوه شبيهسازي نانولوله کربني در نرمافزار آباکوس به شيوه مکانيک ساختاري گفته شد. براي شبيهسازي ضربه ابتدا بايد گلولهاي طراحي شده و در کنار نانولوله کربني مونتاژ شود. يک قطعه صلب با ابعاد3.56×3.56×0.7?(nm)?^3 به عنوان گلوله در محيط part طراحي شده سپس در بخش property به آن جرم داده ميشود. لازم به ذکر است که ابعاد گلوله به گونهاي انتخاب شده که عرض آن از عرض بزرگ‌ترين نانولوله کربني مسطح شده بعد از برخورد بيشتر باشد؛ همچنين جرم گلوله m=3.8×?10?^(-23 ) kg در نظر گرفته شده است]12[. بعد از طراحي گلوله وارد بخش assembly شده و گلوله را در موقعيت مورد نظر نسبت به نانولوله کربني قرار ميدهيم.
شکل (‏4-1): قطعه صلب طراحي شده به عنوان گلوله
شکل (‏4-2): مونتاژ گلوله در کنار نانولوله کربني با طول 18/5 نانومتر در دو نما
در مرحله بعد وارد بخش step شده؛ در اين بخش نوع تحليل مورد نياز تعيين ميگردد. براي شبيهسازي پديده برخورد نياز به حلگر ديناميکي داريم. براي اين منظور از تحليل dynamic explicit استفاده شده است. در قسمتهاي مختلف اين بخش تنظيمات مربوط به تحليل انجام ميشود. از مهم‌ترين اين تنظيمات زمان انجام فرايند مي‌باشد. زمان حل در تمامي حالتهايي که بررسي ميشود به گونه‌اي انتخاب شده که علاوه بر يکسان بودن، فرايند را به طور کامل پوشش دهد. از اين رو زمان t=0.01 ns انتخاب شده و ثبت ميشود.
در بخش interaction خصوصيات مربوط به برخورد سطوح با يکديگر تعريف ميشود. که در اين بخش خصوصيات تماسي49 را از نوع contact انتخاب ميکنيم. گزينههاي زيادي

این نوشته در No category ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *