جلسه دفاع پایان نامه کارشناسی ارشد (آقای اکبر طاهری)
موضوع: طراحي، ساخت و تحليل فرامواد مکانيکي جديد بر اساس سازه‌هاي خرپايي
ارائه دهنده: اکبر طاهری آفارانی
استادان راهنما: دکتر رضا جعفری ندوشن
استادان مشاور:
استادان داور: دکتر صالح اکبرزاده - دکتر مهدی جوانبخت
چکیده:
فرامواد، مواد مهندسی شده‌ای هستند که خواص منحصربه فردی را دارا هستند که فراوانی چندانی در طبیعت ندارند. امروزه، طراحی سازه‌های جدید با ویژگی‌های منحصربه فرد نظیر ضریب پواسون منفی، ضریب انبساط حرارتی صفر و منفی و همچنین دارای سفتی منفی، به دلیل توانایی آن‌ها در بهبود خواص مکانیکی، توجه بسیاری از پژوهشگران و مهندسان را به خود جلب کرده است. این ویژگی‌ها به سازه‌ها اجازه می‌دهند که در برابر بارگزاری‌های مختلف به شکلی بهینه‌تر عمل کنند یا عملکردی خلاف تصوری که از عموم مواد موجود در طبیعت است را از خود نشان دهند و به همین دلیل، استفاده از این نوع سازه‌ها در پروژه‌های عمرانی و صنعتی روز به روز در حال افزایش است. توسعه این نوع سازه‌ها می‌تواند به بهبود کیفیت زندگی، کاهش هزینه‌های نگهداری و بهره‌برداری و افزایش کارایی انرژی منجر شود و به ایجاد زیرساخت‌های هوشمند و مقاوم کمک کند که برای نسل‌های آینده نیز قابل استفاده باشند.
در پژوهش حاضر، یک سازه سه‌بعدی بر اساس خرپاهای ساده طراحی می‌شود که هدف اصلی آن دستیابی به ضریب پواسون منفی و ضریب انبساط حرارتی منفی با کمترین ایجاد تنش است. این نوع طراحی نیازمند بررسی دقیق و جامع از پارامترهای مختلف هندسی و مواد سازه‌ای است. برای بررسی دقیق و جامع از پارامترهای مختلف هندسی و مواد سازه‌ای، از روش مدل‌سازی اجزای محدود استفاده می‌شود که یکی از ابزارهای قدرتمند در تحلیل رفتار مکانیکی سازه‌ها به شمار می‌رود.برای این کار ابتدا سازه با استفاده از اسکریپت نویسی پایتون به صورت پارامتریک در آباکوس طراحی شده است. برای انجام دقیق این کار از معادلات ریاضی و دستورات نرم افزار استفاده شده و سپس مجموعه این موارد با حداکثر انعطاف پذیری و قابلیت ایجاد تغییر در طرح اولیه، به صورت کد پایتون برای اجرا توسط نرم افزار محیا گردیدهاند. بنابر این با هربار اجرای کد و تغییر در پارامترها اثرات آن تغییر بر روی میزان ضریب انبساط حرارتی و ضریب پواسون مشاهده می‌گردد.
علاوه بر آن دستگاهی برای تغییرات گام به گام دمائی طراحی گردید تا دمای سازه را به صورت هم دما افزایش دهد. افزایش دما توسط این دستگاه به واسطه یک دماسنج الکلی استاندارد مورد صحت سنجی قرار داده شد. همچنین روش اندازه‌گیری به واسطه تحلیل تصویر نیز، توسط یک نمونه آلومینیومی مورد بررسی قرار گرفت. بدین صورت که این نمونه با ضریب انبساط حرارتی معلوم توسط تحلیل تصاویر مورد سنجش قرار گرفت تا بررسی گردد که عدد ضریب انبساط حرارتی استخراج شده از طریق این روش اندازه‌گیری چه تفاوتی با این عدد در حالت اندازه‌گیری‌های استاندارد دارد. در این مرحله روش اندازه‌گیری با تصویر برداری با موفقیت و خطای درحد 5 درصد سربلند بیرون آمد. پس از برسی و تحلیل تایج، موارد زیر استنتاج شد. نتایج تحلیل‌های انجام شده نشان داد که این سازه‌ی سه بعدی خاصیت ضریب پواسون منفی را به خوبی نشان می‌دهد و هنگامی که فاصله دو صفحه‌ی یونیت سل 5 و 10 میلی‌متر است در جهت y که جهت متعامد به دو صفحه یونیت سل است ضریب انبساط حرارتی منفی برای سازه محقق می‌شود.