%38تخفیف

تحلیل تنش هایگروترمال در سیلندرهای هوشمند واقع بر بستر الاستیک تحت بارگذاری­های نامتقارن

تعداد 109 صفحه  درword

گروه مهندسی مکانیک

 

تحلیل تنش هایگروترمال در سیلندرهای هوشمند واقع بر بستر الاستیک تحت بارگذاری­های نامتقارن

کارشناسی ارشد در رشته­ی

مهندسی مکانیک گرایش طراحی کاربردی

 

 

چكيده پايان نامه:

در این مطالعه، تحلیل عمومی سیلندر جدار ضخیم ساخته­ شده از مواد پیزوالکتریک/ پیزومغناطیس تابعی، تحت بارگذاری­­های غیرمتقارن ارائه می­شود. سطح خارجی سیلندر ایزوتروپیک و ناهمگن، واقع بر بستر الاستیک وینکلر می­باشد. همه خواص مکانیکی، هایگروترمال، الکتریکی و مغناطیسی طبق قانون توانی متغیر در جهت ضخامت سیلندر با اندیس­های مختلف ناهمگنی در نظر گرفته می­شوند. توزیع شدت رطوبت و دما تابعی از جهت­های شعاعی و محیطی می­باشند و با حل معادلات دو بعدی نفوذ رطوبت فیکی و انتقال حرارت فوریه در حالت پایا و در مختصات استوانه­ای حاصل می­شوند. فرض می­شود که تغییر مکان مکانیکی تابعی از جهت­های شعاعی و محیطی باشد و با جایگزین کردن روابط ساختاری در معادلات تعادل مکانیکی و الکتریکی/ مغناطیسی، سه معادله دیفرانسیل جزیی مرتبه دوم ناهمگن بر حسب تغییر مکان­های مکانیکی و پتانسیل الکتریکی/ مغناطیسی استخراج می­شوند. حل نیمه تحلیلی معادلات ناویر از روش جداسازی متغیرها و سری فوریه مختلط حاصل می­شود. نتایج عددی اثرات بارگذاری هایگروترمال به همراه میدان الکتریکی/ مغناطیسی، اثرات بستر الاستیک و همچنین ثابت ناهمگنی ماده که مبین میزان درصد مواد تشکیل دهنده سیلندر می­باشد را بر رفتار سیلندر پیزوالکتریک/ پیزومغناطیس تابعی نشان می­دهد.از مقایسه سیلندرهای ساخته شده از مواد مختلف می­توان دریافت که سیلندرهای هوشمند معمولا مناسب­تر از سیلندرهای ساخته شده مواد همگن یا تابعی می­باشند و اگر ساخت آن­ها مقرون به صرفه باشد می­توانند در صنایع شیمیایی، نفت، پتروشیمی و هسته­ای و حمل و نقل تحت شرایط فیزیکی مختلف مورد استفاده قرار گیرند.

كليد واژه:

  1. مواد پیزوالکتریک/ پیزومغناطیس

  2. مواد مدرج تابعی

  3. بارگذاری هایگروترمال

  4. بارگذاری­های نامتقارن

 

 

فهرست مطالب

فصل اول: مروری بر مطالعات پیشین………………………………………………………………………………………………..1

1-1-مقدمه. 2

1-2- تحلیلسیلندرهایپیزوالکتریک/ پیزومغناطیس. 3

1-3- تحلیلدوبعدیوسهبعدیمخازن تحت فشار. 5

1-4- هایگروترموالاستیسیته. 6

1-5- مطالعهحاضر. 7

فصل دوم: مقدمه­ای بر مخازن تحت فشار…………………………………………………………………………………………8

2-1- مخازن تحت فشار. 9

2-2- شکل­هایمخازن تحت فشار. 9

2-2-1- مخازن تحت فشاراستوانه­ای. 10

2-2-2- مخازن تحت فشارکروی. 11

2-3-موادمورداستفادهبرایساختمخازن تحت فشار. 13

فصل سوم: مواد تابعی و پیزوالکتریک ……………………………………………………………………………………………17

3-1- مقدمه. 18

3-2- خواصموادتابعی. 18

3-3- عرصهکاربردهایموادتابعی. 19

3-4- مدل­هایتوزیعخواصموادتابعی. 20

3-4-1- مدلتوانی. 20

3-4-2-مدلنمایی. 20

3-5- موادپیزوالکتریک. 21

3-6- اثرپیزوالکتریسیته. 22

3-7- روابطحاکمبرپیزوالکتریک­ها. 24

3-8- کاربردهایموادپیزوالکتریک. 25

فصل چهارم: هایگروترموالاستیسیته ……………………………………………………………………………………………..27

4-1- تئوری­هاینفوذکلاسیک. 28

4-2- نفوذحرارتی. 28

4-2-1- انتقالحرارت. 28

4-2-2- قانونانتقالحرارت. 28

4-2-3- میداندمایی. 28

4-3- نفودرطوبتی. 30

4-3-1- میدانغلظترطوبتی. 30

4-4- معادلاتانتقالحرارتونفوذرطوبتدرمختصاتکارتزین،استوانه­ایوکروی  31

4-4-1- مختصاتکارتزین. 31

4-4-2- مختصاتاستوانه­ای. 31

4-4-3- مختصاتکروی. 32

فصل پنجم: معادلات حاکم ……………………………………………………………………………………………………………..35

5-1- مقدمه. 36

5-2- معادلاتاساسی. 36

5-3-موادپیزوالکتریک. 37

5-3-1- مختصاتکارتزین. 37

5-3-2- مختصاتاستوانه­ای. 38

5-3-3- مختصاتکروی. 39

5-4-موادپیزومغناطیس. 40

5-4-1- مختصاتکارتزین. 40

5-4-2- مختصاتاستوانه­ای. 41

5-4-3- مختصاتکروی. 42

5-5- معادلاتحرکتوروابطکرنش-تغییرمکان. 43

5-5-1- مختصاتکارتزین. 43

5-5-2- مختصاتاستوانه­ای. 43

5-5-3- مختصاتکروی. 44

فصل ششم: تحلیل تنش­های هایگروترمال در سیلندر پیزوالکتریک……………………………………………..45

6-1- مقدمه. 46

6-2- استخراجمعادلاتحاکم. 46

6-3- مسئلهانتقالحرارت. 50

6-4- مسئلهنفوذرطوبت. 51

6-5- حلمعادلاتناویر. 53

6-6- بحثونتایجعددی. 63

فصل هفتم: تحلیلتنش­های هایگروترمال در سیلندر پیزومغناطیس…………………………………………….69

7-1- مقدمه. 70

7-2- استخراجمعادلاتحاکم. 70

7-3- حلمعادلاتناویر. 72

7-4- بحثونتایجعددی. 79

فصل هشتم: بحث نتایج ………………………………………………………………………………………………………………….82

8-1- مقدمه. 83

8-2- سیلندرپیزوالکتریک. 83

8-3- سیلندرپیزومغناطیس. 88

8-4- مقایسهسیلندرها. 90

فصل نهم: نتیجه­گیری و مطالعات آینده …………………………………………………………………………………………92

9-1- نتیجه­گیری. 93

9-2- مطالعاتآینده. 94

پیوست (الف). 95

پیوست (ب). 101

مراجع. 107

 

فهرست شکل­ها و نمودارها

شکل‏2‑1نوعیمخزن تحت فشار]31[ 10

شکل‏2‑2 مخزن تحت فشاراستوانه­ایافقی]31[ 11

شکل‏2‑3راکتورآبتحتفشار]31[ 12

شکل‏2‑4مخزن تحت فشارکروی]31[ 13

شکل‏2‑5نمودار درختی مقررات طراحی مخازن تحت فشار. 14

شکل‏2‑6نوعیمخزن تحت فشار]55[ 15

شکل‏2‑7 نوعیمخزن تحت فشار]55[ 15

شکل‏2‑8 نوعیمخزن تحت فشار]55[ 16

شکل‏2‑9نوعیمخزن تحت فشار]55[ 16

شکل‏3‑1 نمایششماتیکتابعمواددرساختارهایمختلف، (الف) مادهتابعی (ب) مادهترکیبی (پ) مادههمگن]32[ 18

شکل‏3‑2ترکیبمدرجدرسطحمقطع (الف) مادهتابعی (ب) بامبو (ج) استخوانحیوان]32[ 19

شکل‏3‑3بلورکوارتزتحتتاثیرکششوفشار]56[ 21

شکل‏3‑4اثرپیزوالکتریکمستقیم (الف) مادهپیزوالکتریک (ب) تولیدانرژیتحتکشش (ج) تولیدانرژیتحتفشار]42[ 23

شکل‏3‑5اثرپیزوالکتریکمعکوس (الف) مادهپیزوالکتریک (ب) تغییراندازهبااعمالبارالکتریکی (ج) تغییراندازهبااعمالبارالکتریکیمخالف]42[ 24

شکل‏4‑1هدایتحرارتیدرجهت براییکالمانحجمی]45[ 29

شکل‏4‑2 حجمکنترلدیفرانسیلی، ،برایتحلیلهدایتحرارتیونفوذرطوبتیدرمختصاتکارتزین]46[ 32

شکل‏4‑3حجمکنترلدیفرانسیلی، ،برایتحلیلهدایتحرارتیونفوذرطوبتیدرمختصاتاستوانه­ای]46[ 32

شکل‏4‑4حجمکنترلدیفرانسیلی، ،برایتحلیلهدایتحرارتیونفوذرطوبتیدرمختصاتمختصاتکروی]46[ 33

شکل‏6‑1 سیلندرپیزوالکتریکتابعیواقعبربسترالاستیکتحتبارگذاری­هایغیرمتقارن [28]. 48

شکل‏6‑2توزیعتغییرمکانشعاعی،مقایسهمطالعهحاضربامرجع]52[ 64

شکل‏6‑3توزیعتنششعاعی،مقایسهمطالعهحاضربامرجع]52[ 64

شکل‏6‑4 توزیعدمادرسیلندرپیزوالکتریک. 65

شکل‏6‑5 توزیعشدترطوبتدرسیلندرپیزوالکتریک. 65

شکل‏6‑6 توزیعتغییرمکانشعاعیدرسیلندرپیزوالکتریک. 66

شکل‏6‑7 توزیعتغییرمکانمحیطیدرسیلندرپیزوالکتریک. 66

شکل‏6‑8توزیعپتانسیلالکتریکیدرسیلندرپیزوالکتریک. 67

شکل‏6‑9توزیعتنششعاعیدرسیلندرپیزوالکتریک. 67

شکل‏6‑10توزیعتنشمحیطیدرسیلندرپیزوالکتریک. 67

شکل‏6‑11توزیعتنشبرشیدرسیلندرپیزوالکتریک. 67

شکل‏6‑12 توزیعتغییرمکانالکتریکیشعاعیدرسیلندرپیزوالکتریک. 68

شکل‏6‑13 توزیعتغییرمکانالکتریکیمحیطیدرسیلندرپیزوالکتریک. 68

شکل‏7‑1 توزیعپتانسیلمغناطیسیدرسیلندرپیزومغناطیس. 81

شکل‏7‑2توزیعالقایمغناطیسیشعاعیدرسیلندرپیزومغناطیس. 81

شکل‏7‑3 توزیعالقایمغناطیسیمحیطیدرسیلندرپیزومغناطیس. 81

شکل‏8‑1اثراتثابتناهمگنیبرتغییرمکانشعاعی، . 83

شکل‏8‑2 اثراتثابتناهمگنیبرتنششعاعی، . 83

شکل‏8‑3اثراتثابتناهمگنیبرتنشمحیطی، . 84

شکل‏8‑4 اثراتثابتناهمگنیبرتنشبرشی، . 84

شکل‏8‑5 اثراتثابتناهمگنیبرتغییرمکانالکتریکی، . 84

شکل‏8‑6اثراتثابتناهمگنیبرپتانسیلالکتریکی، . 84

شکل‏8‑7اثراتبارگذاریهایگروترمالبرتغییرمکانشعاعی، . 85

شکل‏8‑8 اثراتبارگذاریهایگروترمالبرتنششعاعی، . 85

شکل‏8‑9اثراتبارگذاریهایگروترمالبرتنشمحیطی، . 85

شکل‏8‑10 اثراتبارگذاریهایگروترمالبرتنشبرشی، . 85

شکل‏8‑11اثراتبارگذاریهایگروترمالبرتغییرمکانالکتریکی، . 86

شکل‏8‑12اثراتبارگذاریهایگروترمالبرپتانسیلالکتریکی، . 86

شکل‏8‑13اثراتبسترالاستیکبرتغییرمکانشعاعی، . 87

شکل‏8‑14اثراتبسترالاستیکبرتنششعاعی، . 87

شکل‏8‑15اثراتبسترالاستیکبرتنشمحیطی، . 87

شکل‏8‑16اثراتبسترالاستیکبرتنشبرشی، . 87

شکل‏8‑17اثراتبسترالاستیکبرتغییرمکانالکتریکی، . 88

شکل‏8‑18اثراتبسترالاستیکبرپتانسیلمغناطیسی، . 88

شکل‏8‑19اثراتثابتناهمگنیبرالقایمغناطیسی، . 88

شکل‏8‑20 اثراتثابتناهمگنیبرپتانسیلمغناطیسی، . 88

شکل‏8‑21 اثراتبارگذاریهایگروترمالبرالقایمغناطیسی، . 89

شکل‏8‑22اثراتبارگذاریهایگروترمالبرپتانسیلمغناطیسی، . 89

شکل‏8‑23اثراتبسترالاستیکبرالقایمغناطیسی، . 89

شکل‏8‑24 اثراتبسترالاستیکپتانسیلمغناطیسی، . 89

شکل‏8‑25تنششعاعی،مقایسهبینسیلندرهایمختلف، . 90

شکل‏8‑26تنشمحیطی،مقایسهبینسیلندرهایمختلف، . 90

شکل‏8‑27 تنشبرشی،مقایسهبینسیلندرهایمختلف، . 91

فهرست جدول­ها

جدول‏6‑1خواصمادهپیزوالکتریک(PZT-4). 66

جدول‏7‑1خواصمادهپیزومغناطیس(BaTiO3/CoFe2O4). 80

 

فهرست علائم

کمیت فارسی

کمیت انگلیسی

نماد

القای مغناطیسی

Magnetic Electric Induction

ضریب الاستیک

Elastic Coefficient

شدت رطوبت

Moisture Concentration

جابجایی الکتریکی

Electric Displacement

ضریب پیزومغناطیس

Piezomagnetic Coefficient

میدان الکتریکی

Electric Field

ضریب پیزوالکتریک

Piezoelectric Coefficient

ضریب نفوذپذیری مغناطیسی

Magnetic Permeability Coefficient

میدان مغناطیسی

Magnetic Field

ضریب هدایت حرارتی

Thermal Conductivity

ضریب پایروالکتریک

Pyroelectric Coefficient

دما

Temperature

تغییر مکان شعاعی

Radial Displacement

تغییر مکان محیطی

Hoop Displacement

مؤلفه­های تنش

Stress Components

ضریب هایگروالکتریک

Hygroelectric Coefficient

ضریب انبساط رطوبتی

Moisture Expansion Coefficient

ضریب نفوذ رطوبتی

Moisture Diffusivity

فهرست علائم

کمیت فارسی

کمیت انگلیسی

نماد

ضریب هایگرومغناطیس

Hygromagnetic Coefficient

پتانسیل الکتریکی

Electric Potential

پتانسیل مغناطیسی

Magnetic Potential

مؤلفه­های کرنش

Strain Components

تنش حرارتی

Thermal Stress

تنش هایگروسکوپیک

Hygroscopic Stress

ضریب دی­الکتریک

Dielectric Coefficient

*

نقد و بررسی‌ها

هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.

اولین کسی باشید که دیدگاهی می نویسد “تحلیل تنش هایگروترمال در سیلندرهای هوشمند واقع بر بستر الاستیک تحت بارگذاری­های نامتقارن”

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