جلسه دفاع پیشنهادیه پژوهشی 1 (خانم زینب السادات طباطبایی)
موضوع: طراحی، تحلیل عددی و بررسی تجربی فراماده اصطکاکی سه بعدی آگزتیک با خاصیت جذب انرژی هیسترزیس
ارائه دهنده: زینب السادات طباطبایی
اساتید راهنما: دکتر صالح اکبرزاده، دکتر رضا جعفری ندوشن
اساتید داور: دکتر محمد رضا فروزان، دکتر محمد سیلانی، دکتر حسین جعفرزاده
چکیده
در سال‌های اخیر، نیاز به توسعه مواد و سازه‌هایی که توانایی جذب انرژی مکانیکی را داشته باشند، بیش از پیش مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. در این میان، یکی از نوآورانه‌ترین رویکردها استفاده از فرامواد مکانیکی اصطکاکی است. تاکنون تحقیقات محدودی بر روی این نوع از سازه‌ها انجام شده، در حالی که ویژگی‌های منحصر به‌فرد آنها نشان می‌دهد که می‌توانند جایگزین مناسبی برای مواد متداول باشند. دلیل اهمیت این موضوع آن است که این دسته از فرامواد به دلیل بهره‌مندی از سازوکار اصطکاکی، انرژی وارده را به‌طور مؤثر مستهلک کرده و اتلاف انرژی در آنها بیشتر و همزمان فراماده اصطکاکی قابل برگشتپذیرتر از موادی نظیر فلزات و پلیمرها است. درتصادفات و بر خوردهای فلزات، تغییر شکل‌های پلاستیک منجر به کاهش خواص و از دست رفتن قابلیت استفاده مجدد می‌شود و در مورد پلیمرها نیز محدودیت‌های محیطی باعث می‌گردد کارایی آنها در شرایط متنوع کاهش یابد. فراماده اصطکاکی مورد بررسی در این پژوهش، بر پایه یک ساختار سه‌بعدی با ویژگی آگزتیک طراحی شده است. بخش اصطکاکی این ساختار شامل گیره‌هایی است که به اجزای اصلی متصل بوده و یک هسته میانی را در بر می‌گیرند. این هندسه به گونه‌ای عمل می‌کند که با اعمال حرکت خطی از بالا به پایین، هم جابه‌جایی مستقیم و هم حرکت چرخشی ایجاد شود. در نتیجه هرچه میزان حرکت چرخشی افزایش یابد، کارایی بخش اصطکاکی بیشتر خواهد بود. این موضوع نشان می‌دهد که انتخاب شرایط مرزی مناسب، مانند ثابت‌سازی کامل پایه سازه، یا افزایش رفتار آگزتیک در طراحی، می‌تواند عملکرد سامانه را ارتقا دهد. علاوه بر این، طراحی دقیق گیره‌های داخلی نقش کلیدی در بهبود کارایی جذب انرژی خواهد داشت. برای دستیابی به چنین نتایجی، شبیه‌سازی عددی در نرم‌افزارهای پیشرفته به عنوان نخستین گام در نظر گرفته شده است تا از انجام آزمایش‌های پرهزینه و تکراری جلوگیری شود. در این رساله مجموعه‌ای از شبیه‌سازی و آزمایش‌های تجربی پیش‌بینی شده است که از جمله آنها می‌توان به بررسی وابستگی رفتار اصطکاک به نرخ بارگذاری، آزمایش سایش، تحلیل ضربه، استفاده از مواد مختلف در اجزای پیرامونی و هسته مرکزی، و مطالعه ویژگی‌های آگزتیک در سه راستای متفاوت اشاره کرد. همچنین بارگذاری و باربرداری در چندین سیکل متوالی جهت بررسی افت انرژی در حلقه هیسترزیس مدنظر قرار خواهد گرفت. نتایج اولیه مدلسازی نشان داده است که فراماده پیشنهادی دارای نمودار نیرو–جابجایی و حلقه هیسترزیس قابل قبولی است که نشان از پتانسیل بالای آن در جذب انرژی دارد. با این حال، برخی نواقص در نحوه حرکت گیره‌ها مشاهده شده است که در ادامه پژوهش باید اصلاح شود. نکته حائز اهمیت آن است که ساختار ارائه‌شده به صورت سه‌بعدی و همسان در همه جهات طراحی شده است؛ ویژگی‌ای که در مطالعات پیشین یا مشاهده نشده یا در صورت وجود، با مشکلاتی نظیر قفل‌شدگی اصطکاک همراه بوده است. این موضوع یکی از بخش‌های مهم پژوهش حاضر را تشکیل می‌دهد و می‌تواند مسیر جدیدی در طراحی سازه‌های جاذب انرژی باز کند.
کلمات کلیدی: فرامواد اصطکاکی، فرامواد آگزتیک، جذب انرژی هیسترزیس، تحلیل اجزای محدود، ساخت افزودنی.