طراحي و ساخت آناليزور تداخل امواج و تحلیل تئوری رفتار آن

تعداد 180 صفحه  درword

(گرایش ساخت و توليد)

طراحي و ساخت آناليزور تداخل امواج

و تحلیل تئوری رفتار آن

چکيده

امروزهپيش‌بيني عملکرد و همچنين مقاومت به ضربه‌ي سازه‌هاي مهندسي در برابر بارگذاري‌هاي با نرخ بالا مانند بارگذاري انفجاري، يكي از مهم‌ترين موضوعات تحقيقاتي را به‌خود اختصاص داده است. معمولاً سازه‌ها در برابر بار انفجاري قبل از انهدام،تغييرشکل بزرگ به‌همراه جذب انرژي زيادي از خود نشان مي‌دهند. اين تغييرشکل بزرگ در زمان کوتاه که به پديده نرخ‌کرنش معروف است، منجر به ايجاد تغييرات در خواص مکانيکي مانند افزايش چشمگير تنش سيلان ماده مي‌گردد که اين خود بر پيچيدگي موضوع مي‌افزايد.

مسلماً شناخت فعل‌وانفعالاتي كه در طي فرآيندهاي انفجاري رخ مي‌دهد چندان ساده نيست ولي از طرفي،آنچه بيش از خود اين فرآيند براي ما اهميت دارد، رفتار سازه تحت بارگذاري انفجاري و با نرخ‌کرنش بالا مي‌باشد.به‌طوركلي سازه‌ها در برابر بارگذاري انفجاري سه نوع رفتار كلي از خود نشان مي‌دهند: تغييرشکل و شكست، انتقال ضربه، جذب انرژي در تغييرشکل پلاستيك. دراين‌بين، حالت اول مهم‌ترين رخدادي است كه مي‌تواند براي سازه در اين نوع بارگذاري اتفاق بيفتد.

دستگاه آنالیزور امواج، دستگاهی است دارای قابلیت تبدیل انرژی شیمیایی مواد منفجره به انرژی و جریان الکتریکی. ارزیابی عملکرد دستگاه عمدتاً شامل بررسی‌های الکتریکی و مداری آن و همچنین المان‌های مکانیکی درون این دستگاه می‌باشد که همگی عملکرد آن را تحت تاثیر قرار می‌دهند. مهمترین المان مکانیکی بکاررفته در دستگاه آنالیزور، استوانه‌ای است جدار ضخیم که درون آن از مواد منفجره پر شده است و با انبساط این استوانه و برخی فعل‌و‌انفعالات فیزیکی، جریانی در دستگاه تولید می‌شود. از این‌رو ارزیابی رفتار حرکتی و انبساطی استوانه جدار ضخیم در بررسی عملکرد دستگاه بسیار حائز اهمیت است. همچنین علاوه بر تخمین رفتار حرکتی و انبساط دراین استوانه جدار ضخیم،دقت پيش‌بيني تنش و تغييرشکل پلاستيك تحت بارگذاري انفجاري داخلي و همچنین بارگذاری پیرامونی، يك موضوع بسيار مهم در طراحی آن مي‌باشد.

لذا در اين تحقيق، رفتار انبساطي استوانه‌هايجدارضخيم تحت شرايط مختلف بارگذاري داخلي و خارجي مورد ارزیابیقرارگرفته است. اصول تشکيل مدل بر اساس معادلات تعادل و بقاي ممنتوم در حالت ديناميکي در استوانه‌هايجدارضخيم و همچنين درنظرگرفتن روابط سيلان پلاستيسيته، مي‌باشد که با درنظرگرفتن شرايط مرزي و اوليه، معادله ديفرانسيل حالت ديناميکي استوانه جدارضخيمايجاد مي‌شود. معادله ديفرانسيل ايجادشده را مي‌توان با درنظرگرفتن ساير معادلات جبري، به‌مثابهيک معادله ديفرانسيل جبري درنظرگرفت.

مرحله بعدي تحقيق شامل حل معادله ديفرانسيل غيرخطي مي‌باشد که با کمک توابع جبري مربوطه و استفاده از روش عددي رانگ-کوتا مرتبه چهار، در هر گام، مقدار جابجايي شعاعي و سرعت لحظه‌اي انبساط، به‌دست مي‌آيد. مقادير استحکام ديناميکي تسليم و فشار داخلي و يا خارجي، به‌صورت آني متناسب با مقدار شعاع استوانه، سرعت انبساط و نرخ‌کرنش، در هر گام بروز شده و وارد مسئله مي‌گردد تا در گام بعدي، بکار گرفته شود. از مزيت‌هاي عمده مدل‌سازي مي‌توان به اين نکته اشاره داشت که مدل ايجادشده مستقل از معادله حالت محصولات انفجاري و معادله بنيادين ماده مورداستفاده است و بيان و حالت عمومي را شامل مي‌شود.

حل عددي شامل انواع مختلف بارگذاري‌هاي خارجيمن‌جمله بارگذاريبه‌صورت مضربي از بار انفجاري داخلي، بارگذاري حاصل از تراکم گاز ايده‌آل و بارگذاري توسط نيرويالکتریکی مي‌باشد که در کنار بارگذاري انفجاري داخلي و استفاده از مدل‌هاي مختلف بنيادين، آناليز ضريب حساسيت به نرخ‌کرنش،انجام شده است. در اين راستا نمودارهاي خطي و طيفيبه‌منظور ارزيابي پارامترهاي مهم فرآيند انبساط نظير: سرعت انبساط، نرخ‌کرنش، جابجايي شعاع داخلي و خارجي، بارگذاري داخلي و خارجي و استحکام تسليم ديناميکي و يا تنش سيلان، ترسيم شده است. ارزیابی عملکرد دستگاه با توجه به موقعیت شعاعی استوانه جدار ضخیم در خصوص جریان ایجاد شده در حالات مختلف بارگذاری انجام شده است.

در ادامه، به‌منظور صحه‌گذاري مدل ايجادشده، شبيه‌سازي نرم‌افزاريبه‌همراه مقايسه با نتايج تجربي و استفاده از ساير مدل‌ها، انجام شده است که تطابق قابل قبولي را نشان مي‌دهد.

نتیجه اینکه مي‌تواناستحکامديناميکيتسليموياتنشسيلانرابهتسليمپسيننسبتدادوازاين‌رومقدارتنشمؤثرراباوجودپديدهنرخ‌کرنشدرنظرگرفتوبرمبنايآن،شرايطتسليمديناميکيراارزيابينمود. ايجادمعادلاتاستوانه،بابرقراريمعادلاتتعادلديناميکي (قانونبقايممنتوم) ايجادشدهاستوبادرنظرگرفتنجملهشتاب‌گيريجدارهاستوانهوهمچنينشرايطمرزيموجود،معادلهديفرانسيلمربوطبهسرعتانبساطحاصلگرديد. مطالعاتونتايجبه‌دست‌آمدهگوياياينموضوع است که روش بکار گرفته شده در خصوص تدوين معادله حرکت، داراي قوت و قدرت بيان رفتار ديناميکي انبساط استوانه تحت بارگذاري با نرخ‌کرنش بالا است.