دانلود مقاله فرایند ساخت کامپوزیت ها

فرایند ساخت کامپوزیتها به طور کلی کامپوزیتها از نظر نحوه ساخت به دو دسته کلی زیر تقسیم می‌شوند.

1- قالبگیری باز (قالبگیری تماسی) در قالبگیری باز ماده کامپوزیتی لایه ها و ژل کت در هنگام ساخت در معرض اتمسفر محیط می باشند و شامل حالتهای زیر است.

الف) لایه گذاری دستی: کاربرد دستی رزین – کاربرد مکانیکی رزین ب) فرایند لایه گذاری با الیاف سوزنی: روش پاشش با اسپری به صورت اتمیزه- به کارگیری غیر اتمیزه ج) روش فیلامن و ایندینگ 2- قالبگیری بسته در این نوع قالبگیری کامپوزیت در یک قالب دو تکه یا درون کیسه خلاء ساخته می شود که شامل حالتهای زیر می باشد.

الف) قالبگیری فشاری: ترکیب قالب گیری صفحه یا (SMC) Sheet Molding Compound ترکیب قالبگیری حجیم (BMC) Bulk Molding Compound ترکیب قالبگیری ضخیم (TMC) Thick Molding Compound ب) قالبگیری کششی Pultrusion Processing پ) قالبگیری تزریقی عکس العملی تقویت کننده Reinforced Reaction Injection Molding ت) قالبگیری انتقال رزین Resin Transfer Molding ث) قالبگیری تحت کیسه خلاء: لایه گذاری خیس- پری پرگ PrePerg ج) فرایند تزریق در خلا چ) ریخته گری گریز از مرکز ح) لایه گذاری پیوسته قالبگیری باز در این فرایند تقویت کننده ها به صورت پارچه های سوزنی، بافته شده یا به هم کوک زده شده بوسیله دست در محل خود قرار داده می شوند و سپس با رزین آغشته می گردند که رزین می تواند بوسیله دست و یا قلم و یا بوسیله دیگر وسایل مکانیکی با الیاف آغشته شود.

روش لایه گذاری دستی از این روش در ساخت محصولاتی از قبیل قایقها، مخازن، پوشش حمامها، بوشها، قطعات کامیونها و اتومبیلها سازه های معماری و… استفاده می شود.

در این روش ابتدا برای بدست آوردن سطحی با کیفیت بالا روی قالب ژل کت زده می شود و پس از اینکه به مقدار کافی ژل کت زده شد الیاف تقویت کننده فایبرگلاس را به صورت دستی روی قالب قرار می دهند و سپس رزین بوسیله پاشش، ریختن، قلمرو زدن غلتک زدن و یا به کمک لیسه و یا پاشش بوسیله اسپری زده می شود.

روش فیلامنت وایندینگ در این روش الیاف به دور یک مدل دوار به عنوان قالب پیچیده می شوند که از این روش بیشتر برای ساخت قطعاتی توخالی که استحکامهای کششی بالایی را می‌طلبند نظیر مخازن نگهداری سوخت، مواد شیمیایی، لوله ها، دودکشها، مخازن تحت فشار و پوسته موتور راکت بکار می رود.

نحوه کار بدین صورت است که الیاف به صورت پیوسته از درون یک حمام رزین، تغذیه شده و بدور مدل دوار پیچیده می شوند که تغذیه الیاف بوسیله یک غلتک که به صورت عرضی در طول مدل حرکت می کند انجام می پذیرد.

قالبها در این روش اغلب از جنس آلومینیوم و فولاد می باشد و بنحوی ساخته می‌شوند که قابل مچاله شدن جهت راحت تر کردن بیرون آمدن قالب باشند.

از مزیتهای این روش می توان نسبت استحکام به وزن بالا، کنترل زیاد روی یکنواختی و جهت الیاف را نام برد.

قالبگیری بسته قالبگیری فشاری: این روش دارای سه نوع BMC و TMC و SMC می باشد و مناسب برای حجم بالای تولید است در این روش از قالبهای فلزی با دمای بالا استفاده می شود که درون پرسهای بزرگ نصب شده اند.

قالبها در دمایی بین 250 تا 400 درجه فارنهایت گرم شده و بین 250 تا 3000، Psi فشار را به ماده کامپوزیتی وارد کرده و پس از باز شدن دو کفه قالب، قطعه به صورت آماده برداشته می شود و در این روش کمترین پرداخت کاری و برشکاری نهایی لازم می باشد.

روش کششی این روش یک فرایند پیوسته است که برای قطعاتی که دارای سطح مقطع یکنواخت و ثابت می باشند استفاده می شود.

قطعات سازه ای، تیرها، کانالهای لوله، تیوب، چوبهای ماهیگیری و… از این نوع قطعات می باشند.

در این روش رشته های فایبرگلاسی به صورت پیوسته، پارچه های حصیری یا به صورت پرده ای در حمام رزین آغشته می شوند و در نهایت از داخل یک قالب فولادی توسط یک مکانیزم کششی به بیرون کشیده می شوند که در این فرایند وظیفه شکل دادن به رزین و کنترل نسبت رزین به الیاف را دارا می باشد.

در این روش قالب توسط نیروی الکتریکی و یا به وسیله روغن گرم می شود تا رزین عمل آوری شود (شکل بگیرد).

مواد مورد استفاده در کامپوزیتها رزینها: رزینها وظیفه نگهداری و انتقال بار به الیاف را دارا می باشند و همینطور الیاف را از اثرات محیط دور نگه می دارند در حالت عمومی دو نوع رزین وجود دارند که شامل ترموپلاستیکها و ترموستها می باشند.

ارتوفتالیک (Ortho)، ایزوفتالیک (ISO)، دیسایکلوپنتادین (DCPD) کلورندیکس و بیس فنول.

هر یک از موارد ذکر شده می توانند پایه ای برای ساخت یک رزین باشند که بسته به نوع و محل استفاده می توان یکی از موارد بالا را به عنوان پایه قرار داد و رزین پلی‌استر مناسب را ساخت که در زیر چند مورد از پایه قرار گرفتن هر یک از موارد بالا ذکر شده است.

پایه ارتوفتالیک رزینهایی کمه بر پایه ارتوفتالیک ساخته می شود را می توان رزینهای همه منظوره نامید زیرا جز پلی استرهای ارزان قیمت می باشد و اغلب در جاهائیکه نیاز به مقاومت مکانیکی بالا، مقاومت به خوردگی و دماهای بالا مورد نیاز باشد به کار برده می شود و عموماً با درصد استیرن بین 35 درصد تا 45 درصد فرموله می شوند.

پایه ایزوفتالیک از این نوع رزین زمانی استفاده می شود که مقاومت به خوردگی بالاتر و دمای بالاتری نسبت به حالت قبل مورد نیاز باشد و در ضمن نیاز به مونواستیرن بیشتری برای رسیدن به ویسکوزیته مناسب می باشد تا هم کار کردن با رزین را راحت تر کند و هم خواص مقاومت به خوردگی در رزین ایجاد نماید و معمولاً درصد استیرن بین 42% تا 50% برای این مواد مناسب می باشد.

البته با توجه به اینکه این مواد دارای خواص مکانیکی مناسب تری نسبت به نوع قبل می باشند.

اما دارای قیمتی حدوداً 10 الی 20 درصد گران تر از نوع بالا می باشد.

پایه دیسایکلو پنتادین (DCPD) معمولاً از این نوع رزین در مواردی استفاده می شود که بخواهیم صافی سطح مناسب و پرداخت سطح جهت کارهای تزئیناتی داشته باشیم.

از ویژگیهای مناسب این رزین می توان از انقباض حجمی کم در زمان عمل آوری، نیاز به استیرن کم تر برای عمل آوری (حدود 35% تا 38%)، کمترین برجستگی های سطحی در کل سطح پرداخت شدهت نام برد و معایب آن را می توان خواص مکانیکی اندکی کم تر از رزینهای پایه ارتو، صلب بودن و چقرمگی زیاد نسبت به رزینهای دیگر، گران قیمت‌تر بودن و بوجود آمدن اتصال ثانویه در هنگام عمل آوری آن دانست.

معمولاً این رزین (dcpd) با رزینهای وینیل استر، ایزو و یا ارتو مخلوط می شود تا هم خواص (DCPD) ارتقا یابد و هم قیمت رزین کاهش پیدا کند.

پایه کلورندیکس و بیس فول از این نوع رزین در جاهایی که مقاومت به خوردگی نیاز باشد استفاده می شود و در مواردی مانند مخازن شیمیایی، خراشنده ها، دودکشها و… مورد مصرف دارند.

افزودنیها به رزین مونومر: موادی می باشند که جهت پایین آوردن غلظت رزین و شرکت در پلیمریزاسیون با گروه اصلی پلیمر و رزین در رزینها استفاده می شود که از انواع آنها می توان استیرن و میتیل متاکریلیت را نام برد.

شروع کننده ها: از مواد افزودنی به رزینها می توان شروع کننده ها را نام برد این مواد باعث بوجود آمدن فرایندی به نام پلیمریزاسیون رادیکال آزاد می شوند، شروع کننده ها ملکولهای رادیکال آزاد را متلاشی کرده و باعث فرایند اتصال متقاطع ملکولهای پلی استر با ملکولهای استیرن در رزین می شوند و از انواع آنها می توان از پراکسید کتن، پراکسیدهای استن، پراکسیدهای بنزوئیل و هیدروپراکسید کویمون نام برد.

پیش برنده ها: بدلیل اینکه شروع کننده ها سرعت کافی در عمل آوری رزین ندارند.

برای بهبود این زمان از مواد پیش برنده استفاده می کنند.

جنس این مواد معمولاً از نمکهای فلزی یا از ترکیبات آمین می باشد که با شروع کننده واکنش داده و باعث تجزیه رادیکالهای آزاد می شوند و در نتیجه رادیکالهای آزاد شروع به پیشبرد فرایند پلیمریزاسیون می‌کنند.

از متداول ترین پیش برنده هایی که با شروع کننده پراکسید کتن استفاده می‌شود می توان نفتانات کبالت یا اکتوایت کبالت را نام برد.

بازدارنده ها در مواردی مانند استیرن خام و رزین پلی استر که بدون افزودن شروع کننده عمل پلیمریزاسیون به طور خودکار شروع می شود نمی توان پلیمریزاسیون را متوقف کرد بنابراین یک بازدارنده لازم است تا رادیکالهای آزاد را مصرف کند و باعث عمل آوری رزین شود از انواع بازدارنده ها می توان هیدروکوئنیون (HQ)، تریتاری بوتیل اکتول (TBE) و تولید هیدروکوئینون (THQ) را نام برد.

از دیگر افزودنیهای رزین می توان تیکسوتروف ها (جهت جلوگیری از شره (چکیده) شدن مواد درون قالب) فیلرها (جهت بهبود خاصیت رزین و کاهش هزینه ها)، رنگدانه‌ها و عوامل رنگ زا (جهت کارهای تزئینی)، تاخیر اندازهای آتش (جهت کاهش خطرات آتش سوزی) فرونشاننده ها (جهت جلوگیری از انتشار استیرن)، بازدارنده های اشعه ماوراء بنفش (جهت جلوگیری از آسیبهای نورخورشید به سطح قطعه) و افزودنیهای رسانا (کاهش سارژ الکتریکی و مقدور ساختن رنگرزی الکترواستاتیک) را نام برد.

از دیگر افزودنیهای رزین می توان تیکسوتروفها (جهت جلوگیری از شره (چکیده) شدن مواد درون قالب) فیلرها (جهت بهبود خاصیت رزین و کاهش هزینه ها)، رنگدانه‌ها و عوامل رنگ زا (جهت کارهای تزئینی)، تاخیر اندازهای آتش (جهت کاهش خطرات آتش سوزی) فرونشاننده ها (جهت جلوگیری از انتشار استیرن)، بازدارنده های اشعه ماوراء بنفش (جهت جلوگیری از آسیبهای نورخورشید به سطح قطعه) و افزودنیهای رسانا (کاهش سارژ الکتریکی و مقدور ساختن رنگرزی الکترواستاتیک) را نام برد.

الیاف تقویت کننده (فیبرها) الیاف فایبرگلاس الیاف شیشه بیش از 90 درصد الیاف به کار رفته در پلاستیکهای تقویت شده می‌باشند.

و علت این امر ارزان بودن تولید این الیاف، داشتن خواص مکانیکی مناسب مقاومت شیمیایی خوب و قابلیت انجام فرایند ساخت خوب می باشد.

این الیاف را می توان از طریق اکسترود نمودن شیشه مذاب با قطری بین 5 تا 25 میکرون بدست آورد سپس این الیاف را بوسیله یک آهار پوشش می دهند تا مقاومت به سایش بیشتری پیدا کنند و اتصال مناسب تری بین رزین و الیاف شیشه در حین آغشته سازی انجام می گیرد و سپس به صورت رشته های 102، 204 تاری با همه دیگر ترکیب می شوند.

از انواع الیاف شیشه می توان موارد زیر را نام برد: 1- الیاف شیشه نوع (Eglass) E شیشه آهکی بروسیلیکات آلومینیوم متداول ترین تقویت کننده به کار رفته در صنعت کامپوزیت به خاطر خواص استحکامی خوب و مقاومت به پوسیدگی در مقابل آب می باشد.

2- الیاف شیشه نوع (Sglass) S از ویژگیهای این الیاف می توان به استحکام بالاتر آن نسبت به انواع دیگر اشاره کرد.

3- الیاف شیشه نوع (Aglass) A این نوع الیاف دارای جنسی همانند شیشه های ساختمانی یعنی وجود مواد قلیایی زیاد در ترکیب شیمیایی آنها می باشند.

4- الیاف شیشه نوع (Gglass) G از ویژگیهای بارز این نوع الیاف می توان مقاومت به خوردگی بالای آنها را نام برد.

الیاف پلیمری: این نوع شامل الیاف‌مصنوعی جهت تقویت مواد مرکب می باشند که از متداول‌ترین نوع آنها می توان الیاف آرامید کولار (Kevlar) را نام برد این نوع الیاف از اوایل دهه 1970 که برای اولین بار به عنوان یک جایگزین برای تسمه های فولادی موجود در الاستیک ماشین استفاده شد، متداول گشتند که از خواص شاخص این نوع الیاف می‌توان به وزن کم استحکام کششی و مدول بالا، مقاومت به ضربه و خستگی و قابلیت بافت آنها اشاره کرد البته این الیاف با اینکه دارای استحکام کششی بسیار خوبی می باشند اما از نظر استحکام فشاری از الیاف شیشه ضعیف تر می باشند.

از دیگر الیاف پلیمری می توان به اکسپکتر اشاره کرد که در دمای محیط می توان گفت که از نظر خواص مکانیکی اندکی از کولار قوی تر می باشد.

الیاف کربنی: معمولاً الیاف کربن و گرافیت به همراه یکدیگر آورده می شوند تفاوت بین این دو در این است که گرافیت به الیافی اطلاق می شود که بیش از 99 درصد ترکیب کربن دارد اما الیاف کربن 93 درصد تا 95 درصد کربن بر پایه PAN دارا هستند.

الیاف کربنی از مواد متشکله آلی اصلی تشکیل می شوند که به PAN (پلی اکریلونیتریل) اضافه می شوند و شامل ابریشم مصنوعی (Pitches , Rayon) می باشند که این دو مورد معمولاً برای الیافی با مدول پایین به کار برده می شود.

در بین الیاف تقویت کننده الیاف کربن بیشترین استحکام و سفتی را دارا می باشند و از ویژگی بارز آنها عملکرد مناسب در دماهای بالا می باشد عیب اصلی این مواد (الیاف بر پایه PAN) قیمت نسبتاً بالای آنها می باشد که تابع هزینه های بالای مواد اولیه و فرآیند ساخت آنها می باشد.

تقویت کننده های بافته شده این تقویت کننده ها همانند پارچه می باشند که با طرحهای مختلفی بافته می شوند از انواع مختلف این طرحها می توان موارد زیر را نام برد.

1- بافت ساده که بیشترین میزان بافت را داراست.

2- بافت سبدی که الیافی را به صورت تار و پود و به صورت جفتی داراست.

3- بافت ساتنی که حداقل میزان بافت را داراست و به صورت استاندارد چهار، پنج و یا هشت تاری تولید می شوند.

الیاف بافته شده به تقویت کننده هایی که شامل مجموعه هایی پهن از رشته های پیوسته به شکل بافت ساده و با حداکثر مواد در جهت تار هستند گفته می شود.

این نوع متداول ترین نوع تقویت کننده هاست که برای سازه های بزرگ به کار برده می شود زیرا در وزنهای سنگین به نسبت خوبی (عموماً 24 oz/ft2) در دسترس می باشد که در ساخت مواد ضخیم سرعت خوبی را به ما می بخشد و همینطور دارای مشخصه های استحکامی در جهات مختلف، مقاومت در قابل ضربه بالا (به علت پیوسته بافته شدن الیاف) می باشند.

نگاه اجمالی بر روش المان محدود و استفاده از آن در Ansys نگاه اجمالی بر روش المان محدود و استفاده از آن در Ansys برای حل مسایل مهندسی روشهای گوناگونی وجود دارد که از جمله آنها می توان به روشهای زیر اشاره کرد: 1- حل تحلیلی دقیق 2- حل عددی 3- حل به روش تجربی در حل تحلیلی دقیق به علت اینکه در اکثر موارد به علت وجود هندسه پیچیده و شرایط مرزی و اولیه پیچیده نمی توان به جواب رسید ومحاسبه دقیق پارامتری معادلات دیفرانسیل حاکم بر جسم لازم است کمتر مورد توجه قرار می گیرد اما در مورد دوم یعنی حل عددی کار اندکی آسانتر می شود هرچند که جواب بدست آمده بدقت روش اول نیست اما در مقابل مشکلات فوق مزیتهایی را دارا می باشد که باعث می شود این روش حل بیشتر مورد توجه قرار گیرد.

علم المان محدود و کمک جستن از آن برای حل مسایل که امروزه یکی از روشهای متداول و قوی برای حل مسایل مهندسی شده است، سابقه ای دیرینه دارد.

به عنوان مثال عدد n حاصل تقسیم محیط دایره به یک n ضلعی و تقریب محیط دایره از طریق این n ضلعی می باشد که این مثال را می توان از قدیمی ترین کاربردهای المان محدود دانست.

از دیگر مواردی که می توان به حل مسایل به صورت المان به المان نام برد تحلیل خرپاهاست.

بدین صورت که یک خر پا را می توان ترکیبی از المانها (لینکها) دانست که با تحلیل هر المان در نقطه دو سر آن می توان کلیه نیروهای موجود لینکها را بدست آورد.

با این حال مرحله ابتدایی استفاده از روش المان محدود به صورت امروزی را باید مربوط به سالهای 1900 میلادی دانست که تعدادی از محققین با تفکیک کردن یک محیط پیوسته الاستیک رفتار آن را در شرایط مختلف پیش بینی کردند و سپس کورانت (Courant) در مقاله خود که در سال 1940 منتشر کرد با استفاده از ترکیب تعدادی چند جمله ای روی ناحیه های مثلثی در حال مسایل پیچشی کمک گرفت که همین مقاله باعث شد تا او را به عنوان اولین گسترش دهنده روش المان محدود بشناسند.

گام بعدی در استفاده از این روش را می توان تحلیل تنشهای موجود در بال هواپیما با استفاده از المان های مثلثی توسط بوئینگ (1950) دانست.

البته برای اولین بار این کلاو (Clough) بود که در سال 1960 اصطلاح المان محدود را رایج ساخت و پس از آن نیز این روش در حل مسایل انتقال حرارت، سیالات و… به کار گرفته شد.

در حالت کلی می توان گفت روش حل عددی تنها راه گشای حل مسایل مهندسی است که در حل آنها با روشهای دقیق تحلیلی عاجز مانده ایم در این مسایل با تقریبهای عددی مسایل غیرقابل حل را می توان تحلیل کرد.

در این شرایط سیستم را به المانهای کوچک تقسیم بندی می کنیم و حل آن را فقط در نقاط گره ها (نقاطی که بین المانها مشترک است) انجام می دهیم در این روش با استفاده از فرمول سازی های انتگرالی سیستم معادلات جبری بدست می آید رفتار هر المان با یک تابع تقریبی پیوسته شبیه سازی می شود که جواب نهایی برای کل سیستم از ترکیب جوابهای بدست آمده برای هر المان با اعمال شرایط پیوستگی در مرزهای المان های میانی بدست می آید.

مراحل حل یک مساله به روش المان محدود الف) مرحله پیش پردازش: 1- تقسیم بندی مساله به المانهای محدود یعنی اینکه مدل هندسی را به گره ها و المانهای مختلف تجزیه کنیم.

2- یک تابع درون یاب که معرف رفتار فیزیکی المان باشد را فرض کنیم به این صورت که فرض می شود هر المان تابعی تقریبی و پیوسته دارد که پاسخ رفتار آن المان تحت شرایط مورد نظر است.

3- معادلات مربوط به یک المان را می نویسیم.

4- با ترکیب کردن المانها حل را برای کل مساله تعمیم می دهیم که این تعمیم بدست آوردن ماتریس عمومی سختی را موجب می شود.

5- بارگذاری اولیه شرایط مرزی و مقادیر اولیه را در معادلات بدست آمده جایگزین می کنیم.

6- دستگاه معادلات بدست آمده را حل کرده تا اطلاعات مربوط به هر گره را بدست آوریم (مثل جابجایی هر نقطه).

7- در مرحله بعدی با استفاده از پاسخهای بدست آمده برای گره ها می توان اطلاعات جانبی دیگر را نیز بدست آورد (مثلاً مقادیر تنش).

تاریخچه Ansys این نرم افزار در سال 1971 و توسط شرکت آمریکایی Swanson ساخته شده و به عنوان برترین نرم افزار تحلیل به روش المان محدود شناخته شده است این نرم افزار قادر به انجام آنالیزهای خطی، مکانیک شکست، مخازن و سایر آنالیزها می باشد که نسخه 5.4 آن در این پروژه مورد استفاده قرار گرفته است از ویژگیهای این نسخه از نرم افزار می توان به حل گره های قدرتمند و هوشمند مدلسازی و شبکه بندی ساده و در عین حال قدرتمند، امکان تحلیل های مختلف، وجود مترجم هایی که امکان ارتباط با نرم افزارهای CAD را مقدور می سازند، امکان نوشتن برنامه برای یافتن ویژگیهای مورد نظر (ماکرونویسی) دسترسی ساده و جامع به خروجی نرم افزار اشاره کرد.

معرفی محیط Ansys برنامه (Ansys) شامل دو لایه می باشد لایه آغازین که در هنگام وارد شدن به نرم‌افزار در این لایه می توان پردازش گره‌ها و زیر برنامه ها را کنترل کرد، یا اطلاعات موجود در فایل داده های یک مساله را پاک کرد و یا نام آن را تغییر داد.

در لایه پردازشگر معمولاً سه پردازشگری که بیشتر از بقیه استفاده می شوند عبارتند از پیش پردازشگر PREP7، پردازشگر (Solution) و پردازشگر تکمیلی عمومی POST1.

پیش پردازشگر PREP7 این قسمت شامل دستوراتی است که برای ساخت یک مدل نیاز می باشد مانند: 1- تعریف نوع المان و انتخاب های مختلف آن 2- تعریف مقادیر ثابت المانها (مثل ضخامت، سطح مقطع، ممان دومن سطح و… 3- تعریف خواص مواد (مدول کشانی، ضریب هدایت گرما و…) 4- ترسیم هندسه مدل 5- کنترل چگونگی انجام مش بندی 6- مش بندی پردازشگر Solution این پردازشگر شامل دستوراتی است که می توانند اعمال شرایط مرزی و بارگذاری خارجی را فراهم سازد پس از تکمیل اطلاعات مورد نیاز برای حل مساله مقادیر پارامترهای مجهول در گره ها را بدست می آورد.

پردازشگر POST1 شامل دستوراتی است که امکان تهیه فهرست و نمایش نتایج را فراهم می سازد مانند: 1- خواندن نتایج حاصل از فایل نتایج (Result File) 2- خواندن نتایج بدست آمده برای المانها 3- رسم نتایج 4- فهرست کردن نتایج الف) مراحل ایجاد یک مدل در Ansys 1- تعریف نوع المان نرم افزار Ansys شامل بیش از یکصد نوع المان می باشد که در تحلیل مسایل مختلف به کار برده می شود انتخاب نوع المانی که متناسب با شرایط مساله باشد یکی از مهمترین قسمتهای یک تحلیل می باشد که در رسیدن به پاسخهای صحیح عامل بسیار موثری می باشد.

روشن نامگذاری المانها در Ansys به شرح زیر می باشد.

یک عدد که نشان دهنده مشخصات المان است + نام المان (نشان دهنده دسته المان می باشد) به عنوان مثال Plane 82 یک المان هشت نقطه ای (چهار نقطه در رئوس و چهار نقطه در وسط اضلاع) می باشد که هر گره شامل دو درجه آزادی است.

لازم بذکر است که المانهایی که در اضلاع آنها نیز گره (نقطه) وجود دارد برای تحلیل مدل هایی که مرزهای منحنی دارند دقت بیشتری فراهم می سازد.

نوع المان را از مسیر زیر می توان انتخاب کرد: Main Menu\ Preprocessor\ Element Type\ Add\ Edit\ Delet… حال پس از اجرای دستورات فوق پنجره انتخاب نوع المان (Element Type) نمایش داده خواهد شد.

حال با زدن دکمه Add لیست انتخاب نوع المان ظاهر می شود که با انتخاب آن و زدن دکمه ok نام المان مورد نظر به پنجره نوع المان (Element Type) اضافه می‌گردد.

حال می توان با کلیک کردن روی المان انتخاب شده و زدن دکمه Option رفتار و ویژگیهای المان را نیز تغییر داد به عنوان مثال می توان رفتار المان، خروجی های ویژه المان و….

را تغییر داد.

2- تعیین مقادیر ثابت مربوط به المان در این مرحله باید ثوابت موجود در یک المان مانند ضخامت، ممان دوم و… تعیین شود که برای این کار وارد منوی زیر شده Main Menu\ Preprocessor\ Real\ Constants سپس پنجره Real Constants باز شده و در صورتی که هنوز ثابت و یا ثوابتی برای المان در نظر گرفته نشده باشد این پنجره خالی است و با زدن دکمه Add می‌توان ثابت جدیدی برای المان تعریف کرد.

3- تعیین خواص مواد در این قسمت می توان خواص فیزیکی و مکانیکی ماده را مانند ضریب پواسان، مدول الاستیسیته چگالی مدول برشی و… را می توان تعیین کرد.

برای تعیین خواص مواد باید از منوی زیر استفاده کرد.

Main Menu\ Material Props\ Constant- ISO Tropic or Ortho Trapic پس از رفتن به مسیر فوق یک پنجره باز می شود که باید از طریق آن شماره مرجع ماده مورد نظر وارد شود و سپس با زدن Ok وارد پنجره خواص مواد می شویم که می‌توان به ترتیب خصوصیات مورد نظر المان را از طریق مکانهای موجود در پنجره وارد نرم افزار ساخت.

4- مدل سازی به طور عمومی از دو روش می توان مدل هندسی یک قطعه را بوجود آورد.

1- ایجاد مدل از بالا به پایین یا کل به جزء (Top Down Design) 2- طراحی مدل از پایین به بالا یا جزء به کل (Buttom Up Design).

1- طراحی مدل از پایین به بالا در این نوع طراحی ابتدا نقاط کلیدی و محل گره های لازم که ویژگیهای شکل را مشخص می کنند ترسیم شده و سپس مشخص می کنیم که کدام گره ها یک المان را تشکیل می دهند.

از این روش معمولاً برای مسایل ساده که المانها خطی می باشند مانند خرپاها، شبکه های لوله کشی و یا اجسامی که دارای هندسه‌ای ساده می باشند استفاده می شود.

2- طراحی از بالا به پایین (روش هندسی) در این روش برای ایجاد یک مدل هندسی از اشکال اولیه هندسی مانند دایره، چند ضلعی، مکعب، استوانه، کره و… استفاده می کنیم سپس این اشکال را با استفاده از عملگرهای منطقی با یکدیگر ترکیب کرده تا جسم مورد نظر بدست بیاید.

برای شروع به مدل سازی در Ansys باید از طریق منوی زیر عمل کرد: Main Menu\ Preprocessor\ Modeling- Creat پس از ورود به منوی زیر می توان از طریق قسمتهای مختلف اشکال هندسی مورد نظر خود را خلق کرد البته باید توجه داشت که در طراحی یک مدل هندسی مراتبی وجود دارد که باید در هنگام خلق و یا حذف کردن یک مدل آن را رعایت کرد به عنوان مثال هنگامی که یک حجم ساخته می شود همراه آن صفحات بوجود می آیند که صفحات نیز با خطوط و خطوط با نقاط کلیدی محصور شده اند که به همین ترتیب حجمها بالاترین رتبه و نقاط کلیدی پایین ترین رتبه را دارا می باشند.

5- مش بندی پس از بوجود آوردن یک مدل هندسی در این مرحله مدل را به المان های کوچک و گره ها تقسیم بندی می کنیم به این عمل مش بندی می گویند.

البته مناسب تر است که قبل از شروع به مش بندی ابعاد مورد نظر برای المانها را از طریق منوی زیر وارد Ansys نماییم تا ابعاد و شکل المانها به صورت کنترل شده باشند.

Main Menu\ Preprocessor\ Meshing- Size Cntrls\ Global- Size پس از تنظیمات فوق مش بندی با رفتن به منوی زیر آغاز می شود.

Main Menu\ Preprocessor\ Meshing- Mesh\ Areas-Freet با وارد شدن به منوی فوق یک پنجره باز شده که می توان سطوح مورد نظر برای مش بندی را انتخاب کرد و در صورتی که بخواهیم تمامی شکل موجود را مش بندی کنیم روی دکمه Pick All کلیک می کنیم پس از انتخاب مساحتهای مورد نظر دکمه Apply و یا Ok را فشار داده تا مش بندی شروع بشود.

مش بندی در Ansys دارای دو حالت آزاد و منظم می باشد.

در حالت آزاد المانها با شکلهای مختلف مثلث و چهار ضلعی و یا تماماً مثلث شکل می باشند و در المان‌بندی مدل هندسی نظم خاصی رعایت نمی شود اما در حالت مش بندی منظم، المانهای سطح همگی چهار ضلعی و المانهای حجم همگی شش وجهی (مکعبی) می‌باشند.

ب) مراحل تحلیل یک مدل هندسی در Ansys 1- اعمال شرایط مرزی در این مرحله مدل هندسی رسم و مش بندی شده را باید با اعمال شرایط مرزی بارگذاری و آماده حل نمود.

در Ansys این کار از دو طریق انجام می پذیرد.

1- اعمال شرایط روی نقاط کلیدی و مدل هندسی 2- اعمال شرایط مرزی روی گره ها با توجه به اینکه ممکن است بخواهیم در موارد متعددی مش بندی را تغییر دهیم بهترین روش همان روش (1) می باشد تا با تغییر مکان گره ها شرایط مرزی ثابت بماند شرایط مرزی در مورد تحلیل های زیر توضیح داده شده: مسایل سازه ای: جابجایی، نیرو، بارهای گسترده (فشار)، دما (جهت تعیین مقدار انبساط و انقباض، جاذبه… مسایل انتقال حرارت: دما، نرخ انتقال حرارت، سطوح انتقال حرارت، تولید حرارت داخلی مسایل سیالات: سرعت فشار دما 2- اعمال قیود برای اینکه یک مدل هندسی را در درجات آزادی مختلف مقید کنیم از طریق منوی زیر می توان عمل کرد Main Menu\ Solution\ Loads Apply\ Structural- Displacement برای مقید کردن یک مدل بسته به اینکه قید به کدام قسمت مدل وارد می شود می‌توان منوی خاص آن حالت را انتخاب کرد به عنوان مثال در صورتیکه بخواهیم قیود را به نقاط کلیدی اعمال کنیم گزینه on key point استفاده می شود و برای موارد دیگر مانند خطوط و صفحات نیز همین طور عمل می شود.

پس از انتخاب محل قرارگیری قید و ورود به منوی مربوطه پنجره زیر باز می شود که با استفاده از آن می توان درجات آزادی را که باید مقید شوند انتخاب کرده و در صورتی که گزینه All Dof انتخاب شود تمامی درجات آزادی آن نقطه مقید شده و کاملاً صلب می شود.

3- حل مساله پس از اینکه مراحل ترسیم مدل هندسی و اعمال شرایط مرزی و قیود انجام شد مساله قابل حل شدن می باشد و می توان با استفاده از منوی زیر مساله را حل کرد البته قبل از این کار می بایست نوع تحلیل مشخص گردد.

Main Menu\ Solution\ Solve- Current LS 4- مشاهده نتایج حاصله پس از حل مساله Ansys اطلاعاتی را که از تحلیل مساله بدست آورده توسط دو پردازشگر Post1 و Post26 فهرست کرده و نمایش می دهد که پردازشگر Post1 شامل دستورات زیر می باشد.

الف) نمایش تغییر شکل حاصل در مدل در اثر بارهای خارجی و نمایش کانتورهای مختلف ب) فهرست کردن نتایج حاصل از تحلیل به صورت جدول پ) بدست آوردن نتایج برای مقاطعی خاص از مدل ت) تخمین خطا برای مشاهده نتایج حاصله از تحلیل می توان به منوی زیر را مراجعه کرد و با انتخاب هر یک از گزینه ها اطلاعات مربوط به آن را مشاهده نمود.

Main Menu\ General Post Processor\ Plot Results\ Nodal Solution