دانلود تحقیق با موضوع کانون توجه

مختلف گلوله 58
جدول (‏4-4): انرژي جذب شده توسط نانولوله کربني دو سر گيردار در زاويههاي مختلف برخوردگلوله 62
جدول (‏4-5): انرژي جذب شده توسط نانولوله کربني زيگزاگ دو سرگيردار با قطرهاي مختلف 66
جدول (‏4-6): انرژي جذب شده توسط نانولوله کربني دو سرگيردار با طولهاي مختلف 69
جدول (‏4-7): انرژي جذب شده توسط نانولوله کربني آرمچير دو سرگيردار درموقعيتهاي مختلف گلوله 72
جدول (‏4-8): انرژي جذب شده بوسيله نانولوله کربني آرمچير و زيگزاگ در ارتفاع نسبي 5/0 براي گلوله 75
جدول (‏4-9): انرژي جذب شده نانولوله کربني زيگزاگ دو سرگيردار با انواع عيوب 79
جدول (‏4-10): حداکثر انرژي جذب شده بوسيله نانولوله کربني يک سر گيردار با عيب استون- والز 83
جدول (‏4-11): انرژي جذب شده توسط نانولوله کربني زيگزاگ دو سرگيردار تحت ضربه توسط گلوله استوانهاي 85
جدول (‏4-12): انرژي جذب شده توسط نانولوله کربني زيگزاگ دو سرگيردار با موقعيتي متفاوت براي گلوله 88
مقدمه
انسان همواره به دنبال محافظت از خود در برابر آسيب‌هاي احتمالي ناشي از ضربه در ميدان‌هاي جنگ بوده است. از اين رو از هزاران سال پيش زره به تن کرده است. در قرن پنجم پيش از ميلاد در ايران و يونان براي ساخت زره از 14لايه کتان استفاده ميشده است. 700 سال پس از ميلاد نوعي زره بدون آستين شامل صفحههاي فولادي يا آهني که روي نوارهاي چرمي چفت ميشد در چين و کره ساخته شد که سبکي و انعطافپذيري ويژهاي داشت. با پيشرفت سلاح و روي کار آمدن سلاح گرم توجه صنعتگران به توليد زرههايي جلب شد که به کمک صفحههاي فولادي ضخيمتر و صفحههاي سنگين اضافي بتوانند از بدن انسان در مقابل گلوله محافظت کنند. اين کار باعث سنگيني زره شده و استفاده از آن براي شخص تن کننده طاقت‌فرسا مي‌گردد. مهندسين در دهه ???? يک جليقه مقاوم در برابر گلوله و مناسب را ساختند که بر خلاف زره‌هاي سنتي بسيار راحت بود. جليقه‌هاي ضد گلوله سبک از فلز ساخته نشده بود بلکه از بافت‌هاي فيبري که قابل دوخت بر روي جليقه و ديگر لباس‌هاي سبک مي‌باشد، ساخته‌شده‌اند. در سال 1965 شركت داپونت1 اليافي با نام تجاري كولار2 (از خانواده آراميد) توليد و از آن پارچه توليد كرد. در ابتدا كولار در صنعت لاستيک سازي و سپس در توليدات گوناگوني مثل طناب و واشر و قسمت‌هاي مختلف هواپيما و قايق استفاده گرديد. در سال 1971 الياف كولار به عنوان جايگزين الياف نايلون در جليقه‌هاي ضد گلوله معرفي شد. در حال حاضر اين الياف يكي از مهم‌ترين الياف مورد استفاده در توليد اين نوع پوشاک مي‌باشد]1[.
جليقه‌هاي ضد گلوله امروزي، به دو نوع تقسيم مي‌شود:
جليقه‌هاي ضد گلوله سخت
جليقه‌هاي ضد گلوله نرم
جليقه‌هاي ضد گلوله سخت از صفحه‌هاي فلزي و يا سراميکي ضخيم ساخته مي‌شوند و به اندازه کافي براي انحراف گلوله و ساير سلاح‌ها مقاوم‌اند. مواد بکار رفته در اين جليقه‌ها، گلوله‌ها را با همان نيرويي که به داخل در حال وارد شدن است به خارج هل مي‌دهند. به اين ترتيب جليقه غيرقابل نفوذ خواهد بود. جليقه‌هاي ضد گلوله سخت حفاظت بيشتري را نسبت به جليقه‌هاي ضد گلوله نرم ايجاد مي‌کنند ولي طاقت‌فرسا تر هستند. افسرهاي پليس و کارکنان نظامي اين نوع از لوازم حفاظتي را در هنگامي که ميزان خطر احتمالي بالا باشد به تن مي‌کنند؛ ولي براي استفاده‌هاي روزمره عموماً از جليقه‌هاي ضد گلوله نرم که مي‌توان به صورت ژاکت يا تيشرت معمولي به تن کرد، استفاده مي‌کنند.
روش کار اين جليقه‌ها بسيار ساده است. در درون اين جليقه‌ها يک ماده ضد گلوله قرار دارد که در حقيقت يک توري بسيار قوي است. براي درک چگونگي عملکرد آن، تور دروازه فوتبال را در نظر بگيريد که در پشت دروازه بسته شده است. وقتي که توپ به دروازه شوت مي‌شود، داراي انرژي زيادي است و در هنگام اصابت به تور، در يک نقطه مشخص تور را به عقب هل مي‌دهد. هر رشته از يک سمت تيرک به سمت ديگر امتداد دارد و نيروي وارد آمده در آن نقطه مشخص را به سر تا سر تور پخش مي‌کند. اين نيرو به دليل به هم بافته بودن رشته‌ها پخش مي‌شود و به اين طريق، همه قسمت‌هاي تور انرژي وارده از سوي توپ را جذب مي‌کنند و فرقي نمي‌کند که گلوله به کدام قسمت از تور اصابت کرده باشد.
اگر يک تکه از ماده ضد گلوله را زير ميکروسکپ قرار دهيم، همين ساختار را مشاهده خواهد شد. رشتههاي بلندي از الياف که به هم تنيده شده‌اند تا يک ساختار توري شکل متراکم را تشکيل دهند. حال با توجه به اينکه يک گلوله بسيار سريع تر از توپ حرکت مي‌کند، بنابراين اين توري بايد از مواد محکم تري ساخته شود. معروف‌ترين ماده‌اي که در ساخت جليقه‌هاي ضد گلوله به کار ميرود، اليافي به نام کولار است]2[؛ اليافي سبک‌وزن که ? برابر مقاوم تر از يک تکه فولاد، در همان وزن است. زماني که اين ماده به صورت يک تور متراکم در مي‌آيد، مي‌تواند نيروي زيادي را جذب کند. به منظور جلوگيري از رسيدن گلوله به سطح بدن، جليقه ضد گلوله بايد برخلاف ضربه مستقيمي که گلوله وارد مي‌کند، عمل کند .به تازگي استفاده از اليافي تار عنکبوت در توليد جليقهها متداول شده است. استحکام اين رشته حدود 20 مرتبه بالاتر از فولاد است]3[.
در هر حال دو عامل مهم در جليقه‌هاي ضدگلوله، قابليت جذب انرژي و سبکي آن‌ها ميباشد. از اين رو استفاده از موادي که داراي اين خواص هستند براي دفع يا منحرف کردن گلوله مهم ميباشد. جليقههايي که تاکنون ساخته شده است ممکن است از مرگ جلوگيري کند اما همچنان باعث کبودي و آسيبديدگي اندام‌هاي حياتي بدن ميشوند. از همين رو پژوهش براي رسيدن به بهترين ماده جهت استفاده در جليقه ضدگلوله همچنان ادامه دارد. آخرين پژوهشهاي صورت گرفته در اين زمينه نشان ميدهد که رشتههايي از جنس نانولوله کربني3 حتي از ابريشم عنکبوت نيز مقاومتر هستند. نانولولههاي کربني به دليل استحکام بالا، وزن کم و ظرفيت جذب انرژي بالا بهترين مواد جهت ساخت وسايل ضد ضربه به ويژه جليقههاي ضدگلوله هستند.
نانولولههاي کربني به دليل خواص فوقالعاده مکانيکي و الکتريکي از سال 1991 که توسط ايجيما4 کشف شدهاند]4[؛ در کانون توجه محققان در سرتاسر جهان قرارگرفتهاند و کارهاي بسيار وسيعي در حوزههاي مختلف در مورد اين مواد صورت گرفته است. پس از کشف نانولولههاي کربني محققين به انجام آزمايش بر روي اين ساختار روي آوردهاند؛ اما صرف هزينههاي بسيار زياد براي انجام اين آزمايشها محققان را بر آن داشت تا با استفاده از روشهاي مختلف کامپيوتري به شبيهسازي رفتارهاي مختلف اين ماده بپردازند. از مهم‌ترين اين روشها ميتوان به روشهاي آبينيشيو5 و شبيهسازي ديناميک مولکولي6 اشاره کرد. البته لازم به ذکر است که روش ديناميک مولکولي داراي دقت بسيار بالايي است؛ اما استفاده از آن نياز به وقت و هزينههاي زيادي دارد و بکارگيري آن براي همه مقدور نيست. اين امر سبب شد تا محققين همچنان به دنبال روشي جامع و مطمئن باشند تا به وسيله آن بتوان نانولولههاي کربني را تحت بارگذاريها و شرايط مرزي مختلف مورد بررسي قرارداد.
از اين رو در سال 2002 استفاده از خصوصيات ساختاري براي مدل‌سازي نانوساختارها پيشنهاد شد]5[. در طي سال‌هاي گذشته مدلهاي مکانيک ساختاري تکامل يافته است؛ اما در تمامي مدلهايي که تاکنون ارائه شده است کاستيها و معايبي وجود دارد. در اين پروژه با استفاده از مدل مکانيک ساختاري رفتار نانولوله تحت ضربه بالستيک بررسي شده و پارامترهاي مهم در جذب انرژي مورد مطالعه قرار ميگيرد]6[.
بر اين اساس در فصلهاي بعد ابتدا مروري بر کارهاي انجام‌شده در زمينه شبيهسازي نانولولهها و پديده ضربه روي اين مواد صورت گرفته، سپس مقدمهاي از نانولوله کربني و شيوههاي مدل‌سازي آن‌ها گفته شده و در ادامه به معرفي مدل استفاده شده در اين پاياننامه و چگونگي ايجاد آن در نرم‌افزار آباکوس 7 پرداخته شده است. در انتها نيز رفتار نانولوله کربني تحت ضربه بررسي و نتايج حاصل از آن با نتايج حاصل از مدلهاي معتبر ديگر مقايسه شده است.
مروري بر مطالعات پيشين
مقدمه
با توجه به پيشرفت تکنولوژي و صنعت، بشر همواره به دنبال موادي بوده که نسبت به مواد موجود داراي ويژگيها و کيفيت برتري باشند. يکي از اين مواد نانولولههاي کربني ميباشد که در سال‌هاي گذشته استفاده از آن به دليل ويژگيهاي منحصربه‌فردي نظير استحکام بالا، وزن سبک و قابليت جذب انرژي بالا، افزايش يافته است]7[. ويژگي‌هاي يادشده از مهم‌ترين عوامل در ساخت تجهيزات ضدضربه از جمله جليقههاي ضد گلوله هستند. از اين رو محققان به انجام آزمايش بر روي اين ساختار روي آوردهاند. اما مشکلات موجود در کارهاي تجربي مانند صرف هزينههاي مالي بسيار زياد، محققان را بر آن داشته تا با استفاده از روشهاي مختلف کامپيوتري به مدل‌سازي و شبيهسازي رفتارهاي مختلف اين ماده بپردازند. روشهاي مختلف کامپيوتري براي شبيهسازي نانولولهها پيشنهاد شده است که مهم‌ترين آن‌ها روش ديناميک مولکولي و مکانيک ساختاري مي‌باشد. روش ديناميک مولکولي روش بسيار دقيقي است اما به دليل حجم محاسبات بسيار بالا، اين روش معمولاً به سيستمهاي کوچک محدود ميشود. روشي که در سال‌هاي اخير مورد استفاده قرار گرفته، روش مکانيک ساختاري ميباشد. در اين سال‌ها روشهاي مختلفي براي شبيهسازي مکانيک ساختاري نانولوله کربني ارائه شده که هر کدام داراي عيب و کاستي بودهاند. مهم‌ترين عيب همه مدلهاي گذشته محدوديت آن‌ها در پوشش تمام مسائل مکانيکي است. در اين پاياننامه از يک مدل ساختاري براي شبيهسازي رفتار نانولولههاي کربني تحت ضربه استفاده شده است]6[. انواع روشهاي مدلسازي در فصل 3 بررسي شده است.
در ادامه ابتدا به معرفي کارهاي صورت گرفته بر روي نانولولهها با استفاده از اين مدل ميپردازيم؛ سپس کارهاي انجام شده در زمينه ضربه روي نانولوله کربني به روشهاي ديگر معرفي ميگردد. و در فصل‌هاي آينده به موضوع اصلي اين پاياننامه، يعني بررسي قابليت جذب انرژي نانولوله کربني تحت ضربه به شيوه مکانيک ساختاري و با استفاده از مدل معرفي شده، پرداخته ميشود.
مطالعات پيشين
پروانه و همکاران(2009)
در سال 2009 پروانه و همکاران در مقالهاي ضمن معرفي مدل ساختاري جديد براي شبيهسازي نانولوله کربني، به بررسي رفتار کمانشي اين ساختار تحت بار محوري فشاري پرداختند]8[. ضرورت ايجاد شرايط آزمايشگاهي مطلوب و گراني تستها در کارهاي تجربي از يک سو و صرف وقت زياد در روش ديناميک مولکولي از سوي ديگر آن‌ها را بر اين داشت تا با ارائه يک مدل ساختاري جديد به بررسي نانولولههاي کربني بپردازند. آن‌ها در اين مقاله تأثير انواع مختلف عيوب در موقعيتهاي مختلف را بر بارها و کرنشهاي کمانش انواع نانولولههاي کربني با طول و قطر مختلف بررسي نمودند. آن‌ها براي مدل‌سازي نانولوله کربني از يک رابط و فنر غيرخطي براي شبيهسازي پيوند ميان اتمهاي کربن استفاده نمودند. در واقع اين مدل ترکيبي از مدلهاي مکانيک ساختاري گذشته ميباشد.
با توجه به اينکه از اين مدل در پاياننامه حاضر استفاده شده است؛ در فصل بعد به تفصيل در مورد اين مدل توضيح داده خواهد شد. مقايسه کار آن‌ها با مدلهاي ديناميک مولکولي نشاندهنده سازگاري خوبي بين مدل جديد ارائه شده با مدلهاي ديناميک مولکولي ميباشد.
نتيجه کار آن‌ها نشان داد:
عيوب تهيجاي باعث به تأخير افتادن مد کمان

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 *