با توجه به گسترش روزافزون تکنولوژی و نفوذ آن در عرصه صنعت، استفاده از روش ها و مواد گوناگون برای توجیح نیازهای صنعتی روزمره پیشرفت کرده است.
با توجه به نیازهای گوناگون در عرصه صنعت سازه های مختلف را می توان با توجه به این نیازها طراحی کرد که یکی از این سازه ها، سازه هایی هستند که از مواد FGM ساخته شده اند.
مواد FGM که مخفف (Functionally graded material) می باشد موادی هستند که خاصیت آنها در داخل ماده با توجه به موقعیت آنها قابل تغییر می باشد.
در حقیقت یک ترکیبی از بهترین خواص سرامیک ها و فلزات باعث ایجاد اینگونه مواد می شوند به طور کلی سفتی و قابلیت هدایت الکتریکی و همچنین قابلیت ماشینکاری فلزات از یک طرف و چگالی پایین و سختی و مقاومت بالا و همچنین مقاومت حرارتی سرامیک ها باعث شده است که این گونه مواد مورد اهمیت قرار گیرند.
اینگونه خواص نیازهای بخش های مختلف صنعتی را برآورده می کند به طور مثال در صنایعی نظیر اتومبیل سازی که در آن وزن کم و مقاومت بالا باعث افزایش راندمان سوخت و همچنین طول عمر بالا می گردد. یا در صنایع هوا و فضا و صنایع دفاعی اینگونه موارد کاربرد دارند.
به طور مثال پوسته موتور راکت می تواند به صورتی ساخته شود که داخل آن از یک ماده شکننده و خارج آن از یک فلز قوی و بین این دو ماده نیز ماده ای می باشد که خواص آن دارای یک شیب تدریجی و آهسته می باشد که همان بحث مواد FGM را مطرح می کند.
با تغییر درصد مقدار این مواد می توان به ماده ای که دارای خواص مورد نظر است رسید.
متغیر بودن خواص یک ماده باعث کاهش تنش های حرارتی و تنش های پسماند و ضریب متمرکز تنش می شود.
موجود نبودن هرکدام از مواد تشکیل دهنده FGM باعث ایجاد گسیختگی در جسم تحت بعضی از شرایط بارگذاری می شود که این بارگذاری ها می توانند استاتیکی، دینامیکی و حرارتی باشند. که این گسیختگی با شروع ترک ها در ناحیه بین دو ماده (INTERFACE) و گسترش آن به سمت قسمت ضعیف تر جسم ایجاد می شوند. با تغییر ضرایب (THERMAL EXPANSION) مواد تنش های حرارتی ایجاد می شوند.
در حقیقت تفاوت این گونه مواد با مواد کامپوزیت این است که هنگامی که نسبت حجمی در سراسر یک کامپوزیت 1 باشد آنگاه آن ماده FGM خواهد بود.

اگرچه تکنولوژی ساخت این مواد دوران شروع رشد خود را سپری می کند اما به دلیل مزایای استفاده از این مواد، تلاش های بسیار زیادی در جهت ساخت آنها صورت گرفته شده است.

خرید فایل متن کامل این پایان نامه :

با توجه به اینکه روز به روز استفاده از این مواد در صنایعی نظیر هوا و فضا، اتومبیل سازی و همچنین در صنعت داروسازی گسترش پیدا کرده است، روش های جدیدی برای طراحی و تحلیل ساختارهایی که از این گونه مواد ساخته شده اند توسعه یافته است.
اگرچه مواد FGM دارای خاصیت ناهمگنی زیادی هستند اما می توان تغییرات خواص آنها را در جسم به صورت بسیار آرام در نظر گرفت که این مسئله کمک به بدست آوردن حل تحلیلی و همچنین حل عددی می کند.
فصل اول: تاریخچه و بررسی مدل تغییرات خاصیت ماده FGM
1-1- تاریخچه
کارهای صورت گرفته شده در رابطه با مواد FGM را می توان از دو دید بررسی کرد یکی کارهای صورت گرفته شده در رابطه با تعیین نوع تابعی است که ثابت های ماده را مشخص می کند و دیگری کارهای صورت گرفته شده در رابطه با حل اینگونه مسائل تحت بارگذاری مشخص می باشد که با توجه به پروژه تعریف شده بیشتر به سراغ تاریخچه حل مسائل دینامیک می رویم. در رابطه با به دست آوردن یک دید کلی از این مواد اشاره کرد که این مراجع به بحث و بررسی در رابطه با پیدا کردن تابع مناسب پرداخته اند.
در حقیقت برای پیدا کردن این توابع محدودیت هایی وجود دارند که به طور مثال این توابع باید پیوسته و همچنین ساده و دارای قابلیت نشان دادن انحناء هم تقعر به سمت پایین و هم تقعر به سمت بالا را داشته باشد برای بررسی بهتر به [17] مراجعه شود.
در این پروژه به دو نوع از تغییرات اشاره شده است که این دو نوع تغییر تمام حالت های تحلیلی دیگر را پوشش می دهد.
قانون تابع نمائی که این بسیار معمول بوده و در بررسی مسائل شکست مواد FGM از این حدس استفاده می شود. و دیگری حدس به صورت تابع توانی (POWER LAW) می باشد که تمام خواص مطلوب را ارضاء می کند که در این پروژه خواص ماده با توجه به این حدس مورد تحلیل قرار می گیرد البته در مورد این دو حدس در قسمت فرمولاسیون توضیح داده خواهد شد.