%46تخفیف

تحلیل الکتروترموالاستیک کره هوشمند ساخته شده از ماده پیزوالکتریک ساختاریافته منظم اکسپونانسیلی EGPM

تعداد 89 صفحه  درword

کارشناسی ارشد M.Sc

مهندسی مکاترونیک گرایش اتوماسیون و کنترل تولید

تحلیل الکتروترموالاستیک کره هوشمند ساخته شده از ماده پیزوالکتریک

ساختاریافته منظم اکسپونانسیلی EGPM

چکیده:

در این پایان نامه، تحلیل الکتروترموالاستیک   کره  پیزوالکتریک با خواص تابعی مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت .براي در نظر گرفتن متغیر بودن ثوابت از مدل نمایی استفاده شد.  معادلات حاکم بر کره با استفاده از معادلات کوپل الکترو-ترمو-مکانیکی، روابط کرنش-تغییر مکان و معادله تعادل بدست آمده است و برای حل آن از نرم افزار Maple استفاده شده است.  هدف از انجام این تحقیق تحلیل الکتروترمو الاستیک کره EGPM و بررسی توزیع پتانسیل الکتریکی ، جابجایی و توزیع تنش ناشی از بارگذاری الکتروترمو مکانیکال بود. با توجه به نمودارهاي رسم شده نتایج زیر بدست آمده است.

تمامی خواص مکانیکی، حرارتی و الکتریکی ماده به استثنای نسبت پواسون به صورت تابع اکسپونانسیلی از شعاع در نظر گرفته شده­اند. تحت تاثیر بارگذاری­های مکانیکی، حرارتی و الکتریکی تنش‌های الکترو-ترمو الاستیک در این کره هوشمند ایجاد می­گردد. برای تحلیل تنش‌ها و تغییرمکان­ها  و توزیع پتانسیل الکتریکی معادلات تعادل، تنش-کرنش و کرنش-تغییرمکان بطور هم­زمان حل می­گردند

کلمات کلیدی: الکتروترموالاستیک ،پیزوالکتریک، کره،خواص تابعی متغیر

 

فهرست مطالب

عنوان

صفحه

فصل اول: مباحث تئوری و نظری……………………………………………………………………………………………………

1

1-1- تعریف موادFGM و خواص آن ها…………………………………………………………………………………….

1

1-2- تاریخچه مواد مدرج تابعی………………………………………………………………………………………………

2

1-3- خواص مواد مدرج تابعی…………………………………………………………………………………………………

2

1-4- فرآیندهای تولید مواد مدرج تابعی…………………………………………………………………………………….

4

1-5- کاربردهای بالقوه مواد مدرج تابعی……………………………………………………………………………………

6

1-6- ساختارهای هوشمند……………………………………………………………………………………………………….

7

1-6-1- معرفی ساختارهای هوشمند………………………………………………………………………………………….

9

1-6-2- تعریف ساختارهای هوشمند…………………………………………………………………………………………..

9

1-6-3- اجزای سازنده ی ساختارهای هوشمند……………………………………………………………………………

10

1-6-4- معرفی مواد هوشمند……………………………………………………………………………………………………

12

1-6-5- تعریف مواد هوشمند………………………………………………………………………………………………………

12

1-7- مواد پیزوالکتریک………………………………………………………………………………………………………….

13

1-7-1- تعریف و تاریخچه ی مواد پیزوالکتریک………………………………………………………………………..

14

1-7-2- فرآیند تولید سرامیک هاي پیزوالکتریک………………………………………………………………………..

15

1-7-3-روابط ساختاري و خواص مواد………………………………………………………………………………………

16

1-8- پیشینه تحقیق…………………………………………………………………………………………………………………

17

فصل دوم- معادلات حاکم بر کره……………………………………………………………………………………………..

22

2-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………….

23

2-2- بیان هندسی پروژه………………………………………………………………………………………………………….

23

2-3- روابط کرنش – تغییر مکان………………………………………………………………………………………………

23

2-4- معادلات تنش- کرنش……………………………………………………………………………………………………

24

2-5- معادله انتقال حرارت……………………………………………………………………………………………………….

26

2-6- معادلات تعادل و اختلاف پتانسیل…………………………………………………………………………………….

27

فصل سوم – نتایج اکتروترموالاستیک کره پیزوالکتریک……………………………………………………………….

33

3-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………….

34

3-2- تحلیل کره FGM با تابع نمایی………………………………………………………………………………………….

34

3-3- بررسی حالت اول: (اختلاف پتانسیل الکتریکی در سطح داخلی و فشار در سطح بیرونی) …………….

37

3-3-1- بررسی نمودار تنش شعاعی………………………………………………………………………………………….

37

3-3-2- بررسی نمودار تنش محیطی …………………………………………………………………………………………

38

3-3-3- بررسی نمودار اختلاف پتانسیل الکتریکی………………………………………………………………………..

39

3-3-4- بررسی نمودار جابجایی………………………………………………………………………………

40

3-4- مورد دوم: (اختلاف پتانسیل و فشار در سطح شعاع داخلی) ………………………………………….

41

3-4-1- بررسی نمودار تنش شعاعی…………………………………………………………………………………………..

41

3-4-2- بررسی نمودار تنش محیطی………………………………………………………………………………………….

42

3-4-3- بررسی نموداراختلاف پتانسیل………………………………………………………………………………………

43

3-4-4- بررسی نمودار جابجایی ………………………………………………………………………………………………

44

3-5- حالت سوم:( فشار در سطح داخلی) ……………………………………………………………………………..

45

3-5-1- بررسی  نمودار تنش شعاعی……………………………………………………………….……………………

45

3-5-2- بررسی نمودار تنش محیطی ……………………………………………………………….……………………

46

3-5-3- بررسی نمودار اختلاف پتانسیل……………………………………………………………………………………..

47

3-5-4- بررسی نمودار جابجایی ………………………………………………………………………………………………

48

3-6- حالت چهارم : فشار و اختلاف پتانسیل در سطح بیرونی…………………………………………………………

49

3-6-1- بررسی  نمودار تنش شعاعی………………………………………………………………………………………….

49

3-6-2- بررسی  نمودار تنش محیطی…………………………………………………………………………………………

50

3-6-3- بررسی  نمودار اختلاف پتانسیل…………………………………………………………………………………….

51

3-6-4- بررسی  نمودار جابجایی………………………………………………………………………………………………

52

3-7- حالت پنجم اختلاف پتانسیل بیرونی و فشار در سطح داخلی …………………………………………………..

53

3-7-1- بررسی  نمودار تنش شعاعی………………………………………………………………………………………….

53

3-7-2- بررسی  نمودار تنش محیطی…………………………………………………………………………………………

54

3-7-3- بررسی  نمودار اختلاف پتانسیل…………………………………………………………………………………….

55

3-7-4- بررسی  نمودار جابجایی………………………………………………………………………………………………

56

3-8- حالت ششم  اختلاف پتانسیل در سطح بیرونی و داخلی………………………………………………………….

57

3-8-1- بررسی  نمودار تنش شعاعی………………………………………………………………………………………….

57

3-8-2- بررسی  نمودار تنش محیطی…………………………………………………………………………………………

58

3-8-3- بررسی  نمودار اختلاف پتانسیل…………………………………………………………………………………….

59

3-8-4- بررسی  نمودار جابجایی………………………………………………………………………………………………

60

3-9- حالت هفتم  اختلاف پتانسیل الکتریکی در سطح داخلی………………………………………………………..

61

3-9-1- بررسی  نمودار تنش شعاعی………………………………………………………………………………………….

61

3-9-2- بررسی  نمودار تنش محیطی…………………………………………………………………………………………

62

3-9-3- بررسی  نمودار اختلاف پتانسیل…………………………………………………………………………………….

63

3-9-4- بررسی  نمودار جابجایی………………………………………………………………………………………………

64

3-10- حالت هشتم  اختلاف پتانسیل در سطح بیرونی……………………………………………………………………

65

3-10-1- بررسی  نمودار تنش شعاعی……………………………………………………………………………………….

65

3-10-2- بررسی  نمودار تنش محیطی……………………………………………………………………………………….

66

3-10-3- بررسی  نمودار اختلاف پتانسیل…………………………………………………………………………………..

67

3-10-4- بررسی  نمودار جابجایی…………………………………………………………………………………………….

68

3-11- قیاس بین میزان جابجایی برای حالات اول و هشتم……………………………………………………………..

69

3-12- بررسی اثر فشار داخلی…………………………………………………………………………………………………..

70

3-12-1- بررسی نمودار تنش شعاعی………………………………………………………………………………………..

70

3-12-2- بررسی نمودار تنش محیطی………………………………………………………………………………………..

71

3-12-3- بررسی نمودار اختلاف پتانسیل……………………………………………………………………………………

72

3-12-4- بررسی نمودار جابجایی……………………………………………………………………………………………..

73

3-13- بررسی اثر فشار بیرونی………………………………………………………………………………………………….

74

3-13-1- بررسی نمودار تنش شعاعی………………………………………………………………………………………..

74

3-13-2- بررسی نمودار تنش محیطی………………………………………………………………………………………..

75

3-13-3- بررسی نمودار اختلاف پتانسیل……………………………………………………………………………………

76

3-13-4- بررسی نمودار جابجایی…………………………………………………………………………………………….

77

3-14- بررسی اثر اختلاف پتانسیل داخلی…………………………………………………………………………………..

78

3-14-1- بررسی نمودار تنش شعاعی………………………………………………………………………………………..

78

3-14-2- بررسی نمودار تنش محیطی………………………………………………………………………………………

79

3-14-3- بررسی نمودار اختلاف پتانسیل………………………………………………………………………………….

80

3-14-4- بررسی نمودار جابجایی……………………………………………………………………………………………

81

3-15- بررسی اثر اختلاف پتانسیل بیرونی………………………………………………………………………………….

82

3-15-1- بررسی نمودار تنش شعاعی………………………………………………………………………………………

82

3-15-2- بررسی نمودار تنش محیطی………………………………………………………………………………………

83

3-15-3- بررسی نمودار اختلاف پتانسیل……………………………………………………………………………………

84

3-15-4- بررسی نمودار جابجایی……………………………………………………………………………………………..

85

فصل چهارم – نتیجه گیری و پیشنهادات………………………………………………………………………………………

86

4-1- نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………………………………..

87

4-2- پیشنهادات……………………………………………………………………………………………………………………

88

منابع و مآخذ………………………………………………………………………………………………………………………….

89

مقدمه انگلیسی……………………………………………………………………………………………………………………….

90

فهرست شکل ها

عنوان

صفحه

شکل 1-1- روند افزایش کیفیت و پیچیدگی ساختار………………………………………………………………………

10

شکل 1-2- نمایش بخش های مشابه در یک ساختار هوشمند(هواپیمای هوشمند) و موجود زنده(انسان).

11

شکل1-3- اثر مستقیم و معکوس پیزوالکتریک……………………….……………………………………………………..

13

شکل 3-1- نمودار تنش شعاعی در حالت اختلاف پتانسیل در سطح داخلی و فشار در سطح بیرونی..……

37

شکل 3-2- نمودار تنش محیطی در حالت اختلاف پتانسیل در سطح داخلی و فشار در سطح بیرونی……

38

شکل 3-3- نمودار اختلاف پتانسیل در حالت اختلاف پتانسیل در سطح داخلی و فشار در سطح بیرونی…

39

شکل 3-4- نمودار جابجایی در حالت اختلاف پتانسیل در سطح داخلی و فشار در سطح بیرونی……..……

40

شکل 3-5- نمودار تنش شعاعی برای حالت اختلاف پتانسیل و فشار در سطح شعاع داخلی……………..….

41

شکل 3-6- نمودار تنش محیطی برای حالت اختلاف پتانسیل و فشار در سطح شعاع داخلی………..……….

42

شکل 3-7- نمودار اختلاف پتانسیل برای حالت اختلاف پتانسیل و فشار در سطح شعاع داخلی……….……

43

شکل 3-8- نمودار جابجایی برای حالت اختلاف پتانسیل و فشار در سطح شعاع داخلی…………..………….

44

شکل 3-9- نمودار تنش شعاعی برای حالت فشار در سطح شعاع داخلی……………………………………………

45

شکل 3-10- نمودار تنش محیطی برای حالت فشار در سطح شعاع داخلی…………………………………………

46

شکل 3-11- نمودار اختلاف پتانسیل برای حالت فشار در سطح شعاع داخلی…………………………………….

47

شکل 3-12- نمودار جابجایی برای حالت فشار در سطح شعاع داخلی………………………………………………

48

شکل 3-13- نمودار تنش شعاعی برای حالت فشار و اختلاف پتانسیل در سطح شعاع بیرونی………………

49

شکل 3-14- نمودار تنش محیطی برای حالت فشار و اختلاف پتانسیل در سطح شعاع بیرونی.……..………

50

شکل 3-15- نمودار اختلاف پتانسیل برای حالت فشار و اختلاف پتانسیل در سطح شعاع بیرونی…….……

51

شکل 3-16- نمودار جابجایی برای حالت فشار و اختلاف پتانسیل در سطح شعاع بیرونی……….……………

52

شکل 3-17- نمودار تنش شعاعی برای حالت فشار در سطح شعاع داخلی و اختلاف پتانسیل در سطح بیرونی……………………………………………………………………………………………………………………………………..

53

شکل 3-18- نمودار تنش محیطی برای حالت فشار در سطح شعاع داخلی و اختلاف پتانسیل در سطح بیرونی.……………………………………………………………………………………………………………………………………

54

شکل 3-19- نمودار اختلاف پتانسیل برای حالت فشار در سطح شعاع داخلی و اختلاف پتانسیل در سطح  بیرونی ….……………..……………………………………………………………………………………………………….

55

شکل 3-20- نمودار جابجایی برای حالت فشار در سطح شعاع داخلی و اختلاف پتانسیل در سطح بیرونی….

56

شکل 3-21- نمودار تنش شعاعی برای حالت اختلاف پتانسیل در سطح بیرونی و داخلی کره…..………..

57

شکل 3-22- نمودار تنش محیطی برای حالت اختلاف پتانسیل در سطح بیرونی و داخلی کره.…………….

58

شکل 3-23- نمودار اختلاف پتانسیل برای حالت اختلاف پتانسیل در سطح بیرونی و داخلی کره……..…

59

شکل 3-24- نمودار جابجایی برای حالت اختلاف پتانسیل در سطح بیرونی و داخلی کره.…..…………….

60

شکل 3-25- نمودار تنش شعاعی برای حالت اختلاف پتانسیل در سطح داخلی کره.…..…………………….

61

شکل 3-26- نمودار تنش محیطی  برای حالت اختلاف پتانسیل در سطح داخلی کره.……..………………..

62

شکل 3-27- نمودار اختلاف پتانسیل برای حالت اختلاف پتانسیل در سطح داخلی کره……….…….……..

63

شکل 3-28- نمودار جابجایی برای حالت اختلاف پتانسیل در سطح داخلی کره……………………………….

64

شکل 3-29- نمودار تنش شعاعی برای حالت اختلاف پتانسیل در سطح بیرونی کره………………………….

65

شکل 3-30- نمودار تنش محیطی برای حالت اختلاف پتانسیل در سطح بیرونی کره…………….…………….

66

شکل 3-31- نمودار اختلاف پتانسیل برای حالت اختلاف پتانسیل در سطح بیرونی کره………….….……..

67

شکل 3-32- نمودار جابجایی برای حالت اختلاف پتانسیل در سطح بیرونی کره……………..………………….

68

شکل 3-33- نمودار جابجایی جهت مقایسه بین حالات اول و هشتم………………………………………………..

69

شکل 3-34- نمودار تنش شعاعی جهت مقایسه بین فشارهای داخلی مختلف……………………………………

70

شکل 3-35- نمودار تنش محیطی جهت مقایسه بین فشارهای داخلی مختلف…………………………………..

71

شکل 3-36- نمودار اختلاف پتانسیل جهت مقایسه بین فشارهای داخلی مختلف………………………………

72

شکل3-37- نمودار جابجایی جهت مقایسه بین فشارهای داخلی مختلف…………………………………………

73

شکل3-38- نمودار تنش شعاعی جهت مقایسه بین فشارهای بیرونی مختلف…………………………………….

74

شکل3-39- نمودار تنش محیطی جهت مقایسه بین فشارهای بیرونی مختلف……………………………………

75

شکل3-40- نمودار اختلاف پتانسیل جهت مقایسه بین فشارهای بیرونی مختلف……………………………….

76

شکل3-41- نمودار جابجایی جهت مقایسه بین فشارهای بیرونی مختلف…………………………………………

77

شکل3-42- نمودار تنش شعاعی جهت مقایسه بین اختلاف پتانسیل های داخلی مختلف…………………….

78

شکل3-43- نمودار تنش محیطی جهت مقایسه بین اختلاف پتانسیل های داخلی مختلف……………………

79

شکل3-44- نمودار اختلاف پتانسیل جهت مقایسه بین اختلاف پتانسیل های داخلی مختلف……………….

80

شکل 3-45- نمودار جابجایی جهت مقایسه بین اختلاف پتانسیل های داخلی مختلف…………………………

81

شکل 3-46- نمودار تنش شعاعی جهت مقایسه بین اختلاف پتانسیل های بیرونی مختلف…………………….

82

شکل3-47- نمودار تنش محیطی جهت مقایسه بین اختلاف پتانسیل های بیرونی مختلف…………………………..

83

شکل3-48- نمودار اختلاف پتانسیل جهت مقایسه بین اختلاف پتانسیل های بیرونی مختلف…………….

84

شکل3-49- نمودار جابجایی جهت مقایسه بین اختلاف پتانسیل های داخلی مختلف…………………..

85

 

فهرست جدول ها

عنوان

صفحه

جدول 3-1:خواص مکانیکی ، حرارتی و الکتریکی ماده PZT- 4 ……………………………………………

35

جدول 4-1- مقایسه مقادیر اختلاف پتانسیل به ازای اعمال شرایط مرزی اول و دوم ……………………

43

نقد و بررسی‌ها

هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.

اولین کسی باشید که دیدگاهی می نویسد “تحلیل الکتروترموالاستیک کره هوشمند ساخته شده از ماده پیزوالکتریک ساختاریافته منظم اکسپونانسیلی EGPM”

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

قبلا حساب کاربری ایجاد کرده اید؟
گذرواژه خود را فراموش کرده اید؟
Loading...
enemad-logo