Skip to main content
SUPERVISOR
Hamidreza Mirdamadi,Seyed Ailreza Shahidi rizi
سیدحمیدرضا میردامادی (استاد مشاور) سید علیرضا شهیدی ریزی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Parvaneh Sadat Mortazavi Nasiri
پروانه سادات مرتضوی نصیری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390
Deformable structures such as beams and arches are used widely in modern engineering applications. These structures have found vast applications in different field such as mechanical engineering, robotics, and civil engineering. Besides the mentioned applications in macro scale, these structures are also used in micro and nano scales. For instance they are used in biosensors, atomic force microscope, and micro/nano electromechanical systems. Due to the importance of arches and nano-arches because of their wide application in different engineering fields and also the importance of the stability concepts in designing different configurations of structures, the present study is concerned with the stability analysis of arches and nano-arches. It should be noted that some recently published articles shows that the reinforcing nanotubes used in composite materials are curved in their own planes. So modeling them using curved beam models would yield in more realistic results than the results obtained from straight beam models. The governing equations are derived using the variational principles and the principle of stationary value of the total potential energy. In the nano-arch problem the effect of small scale is included in the governing equation using nonlocal elasticity theory. Analytical solution of governing differential equations of structures is only possible for specified loading, geometric, and boundary conditions and sometimes these analytical solutions is so complicated that it is difficult to use them in daily engineering applications. So it is needed to use general approaches to solve easily the problems with arbitrary loading and boundary conditions. Thus the obtained equations are tried to be solved numerically in order to be able to study different states of the considered problem. The equations are descretized using finite difference method and a displacement control method called the GDC method is used to solve the system of nonlinear algebraic equations. In this method two parameters named the general stiffness parameter (GSP) and the incremental load parameter are used to detect the change in loading direction. Based on the solution used, a program is developed in MATLAB R2011a and the stability of arches and nano-arches has been studied. The solution is verified through comparing the results with the available analytical solution for the specified situations. Finally the buckling and post buckling behavior of arches and nano-arches is studied and the effect of different parameters such as the Winkler and Pasternak modulus, the initial shape, boundary conditions, load distribution, and initial imperfections on buckling load and critical initial height is investigated. Keywords Arch, Nano-arch, Shallow, Buckling, Post buckling, Finite difference Method, Nonlocal elasticity theory
سازه های تغییرشکل پذیری همچون تیرها و قوس ها در مهندسی مدرن بسیار استفاده می شوند. این سازه ها در مهندسی مکانیک، مهندسی رباتیک، رادیو مهندسی، و مهندسی عمران و حمل و نقل، کاربردهای زیادی پیدا کرده اند. علاوه بر کاربردهای ذکر شده در مقیاس ماکرو، این سازه ها در مقیاس میکرو و نانو هم استفاده می شوند. به عنوان نمونه این سازه ها در حسگرهای زیستی، میکروسکوپ های نیروی اتمی، و سیستم های میکرو/ نانو الکترومکانیکی کاربرد دارند. با توجه به اهمیت قوس ها و نانوقوس ها به دلیل کاربرد فراوان در زمینه hy;های مختلف مهندسی و همچنین اهمیت موضوع پایداری سازه ها در طراحی وضعیت های مختلف سازه، بررسی پایداری قوس ها و نانوقوس ها موضوع این پژوهش قرار گرفته است. لازم به ذکر است در بعضی از پژوهش هایی که اخیراً منتشر شده، تصاویر به دست آمده از نانولوله های کربنی تقویت کننده ی کامپوزیت ها حاکی از وجود انحنا در این نانولوله ها هستند. بنابراین مدل سازی رفتار آن ها به صورت تیرهای خمیده منجر به نتایجی خواهد شد که در مقایسه با نتایج حاصل از مدل تیر صاف، تطابق بهتری با داده های تجربی دارند. برای مطالعه ی قوس ها، ابتدا معادلات حاکم بر مسأله با استفاده از اصل ایستایی انرژی پتانسیل و اصول حساب تغییرات استخراج می شوند. در خصوص مسأله ی نانوقوس، به منظور وارد کردن آثار اندازه ی کوچک در معادلات حاکم، از تئوری الاستیسیته ی ناموضعی استفاده می گردد. حل تحلیلی معادلات دیفرانسیل حاکم بر سازه ها فقط به مسائلی با بارگذاری و شرایط هندسی و مرزی ساده اختصاص دارد و گاهی اوقات این حل های تحلیلی چنان پیچیده هستند که استفاده از آن ها برای کاربردهای روزانه ی مهندسی دشوار است. بنابراین به روش های عمومی نیاز است تا بتوان مسائلی با هندسه و بارگذاری دلخواه و شرایط مرزی مختلف را به آسانی حل نمود. از این رو سعی می شود که معادلات به دست آمده به صورت عددی حل شوند تا امکان بررسی حالت های مختلف مسأله وجود داشته باشد. به این منظور معادلات استخراج شده با استفاده از روش تفاضل محدود گسسته سازی می شوند و برای حل عددی دستگاه معادلات جبری غیرخطی ایجاد شده، روش کنترل جابه جایی تعمیم یافته مورد استفاده قرار می گیرد. در این روش از دو پارامتر به نام های پارامتر سختی تعمیم یافته و پارامتر نمو بار برای تشخیص تغییر در جهت بارگذاری استفاده می شود. بر اساس روش حل استفاده شده، برنامه ای برای حل عددی مسأله در نرم افزار MATLAB R2011a گسترش داده شده و پایداری قوس ها و نانوقوس ها بررسی می گردد. صحت نتایج از طریق مقایسه ی آن ها با حل های تحلیلی موجود برای حالت های خاص مسأله، ارزیابی می شود. در پایان رفتار کمانش و فراکمانش قوس ها و نانوقوس ها مورد مطالعه قرار می گیرد و آثار عوامل مختلف مانند وجود بستر الاستیک وینکلر و پسترناک، شکل اولیه ی قوس، شرایط تکیه گاهی متفاوت، توزیع های مختلف بار، و وجود نقص اولیه در توزیع بار بر بار بحرانی و ارتفاع اولیه ی بحرانی بررسی می شود. کلمات کلیدی: قوس، نانوقوس، کم انحنا، کمانش، فراکمانش، روش تفاضل محدود، تئوری الاستیسیته ی ناموضعی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی