جلسه دفاع پایان نامه کارشناسی ارشد (آقای حامد اکرمی)
موضوع: بررسی تجربی و نیمه‌تحلیلی ارتعاشات پوسته‌های استوانه‌ای ساخته شده از مواد مدرج تابعی متخلخل با ضخامت متغیر در تماس با سیال
ارائه دهنده: حامد اکرمی
استاد راهنما: دکتر سعید ضیایی‌راد
استادان مشاور: دکتر علی لقمانی
استادان داور: دکتر رضا تیکنی، دکتر محمد دانش
چکیده
پوسته‌های استوانه‌ای به دلیل کارایی سازه‌ای بالا، در طیف وسیعی از کاربردهای مهندسی از جمله صنایع هوافضا، دریایی و انرژی، نقشی حیاتی ایفا می‌کنند. در همین راستا، نیاز روزافزون به سازه‌هایی با عملکرد بهینه، وزن کمتر و مقاومت بالا در برابر شرایط پیچیده عملیاتی، منجر به توسعه مواد پیشرفته و طراحی‌های نوین شده است. در این میان، مواد مدرج تابعی متخلخل به دلیل قابلیت تنظیم خواص مکانیکی و کاهش وزن، و همچنین هندسه‌های با ضخامت متغیر برای بهینه‌سازی توزیع تنش، پتانسیل بالایی از خود نشان داده‌اند. با این حال، تحلیل دقیق رفتار دینامیکی این سازه‌های پیچیده، به‌ویژه هنگامی که در تماس با سیال قرار می‌گیرند و پدیده تعامل سیال و سازه مطرح می‌شود، یک چالش علمی و مهندسی قابل توجه باقی مانده است. بررسی ادبیات موضوع، وجود یک خلأ تحقیقاتی مشخص در تحلیل ارتعاشات آزاد پوسته‌هایی با این ویژگی‌های همزمان را تایید می‌کند. در این پژوهش، یک چارچوب جامع برای بررسی تجربی و نیمه‌تحلیلی ارتعاشات آزاد پوسته‌های استوانه‌ای ساخته شده از مواد مدرج تابعی متخلخل با ضخامت متغیر که در تماس با سیال قرار دارند، ارائه شده است. مدل ریاضی سیستم بر مبنای تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اولبرای توصیف میدان جابجایی پوسته، و نظریه جریان پتانسیل برای مدل‌سازی سیال ایده‌آل (غیرلزج، تراکم‌ناپذیر و غیرچرخشی) استوار است. اثر تعامل سیال به صورت جرم افزوده هیدرودینامیکی در انرژی جنبشی کل سیستم لحاظ گردیده و معادلات حرکت سیستم جفت‌شده با استفاده از یک روش حل بر مبنای روش ریلی-ریتز به یک مسئله استاندارد مقدار ویژه جبری تبدیل شده است. فرکانس‌های طبیعی و شکل مودهای ارتعاشی از حل این مسئله استخراج شده‌اند. به منظور اعتبارسنجی مدل، ابتدا همگرایی آن ارزیابی شد و سپس نتایج آن با داده‌های موجود در ادبیات موضوع، داده‌های به‌دست‌آمده از تحلیل اجزاء محدود و همچنین نتایج آزمایش مودال که بر روی نمونه‌های همسانگرد با ضخامت ثابت و پله‌ای با و بدون سیال انجام شده، مقایسه گردیده است. نتایج نشان می‌دهد که حضور سیال داخلی به دلیل اثر جرم افزوده، فرکانس‌های طبیعی سیستم را به طور محسوس کاهش می‌دهد؛ اثری که با افزایش عمق سیال تشدید می‌شود. مشخص گردید که مشخصه‌های مواد مدرج تابعی متخلخل، شرایط مرزی، پارامترهای هندسی و الگوهای تغییر ضخامت (پیوسته و پله‌ای) تأثیر قابل توجهی بر رفتار ارتعاشی دارند. به طور خاص، مشاهده شد که تغییرات ضخامت و حضور سیال، باعث توزیع نامتقارن دامنه ارتعاش در سازه می‌گردند.نتایج حاصل از روش حل پیشنهادی، با نشان دادن توافق بسیار خوب با داده‌های موجود در ادبیات موضوع، نتایج عددی و داده‌های تجربی، اعتبار و قابلیت اطمینان چارچوب ارائه شده را تأیید می‌کند. بر همین اساس، مدل توسعه‌یافته در این پژوهش می‌تواند به عنوان یک ابزار کارآمد برای تحلیل و طراحی بهینه سازه‌های استوانه‌ای پیشرفته در کاربردهای صنعتی مختلف مورد استفاده قرار گیرد.
کلمات کلیدی:ارتعاشات آزاد، پوسته استوانه‌ای، مواد مدرج تابعی متخلخل، ضخامت متغیر، تعامل سیال و سازه، روش ریلی-ریتز، آنالیز مودال تجربی.