مقاله نقش عملگرهای مختلف در سازه های مورفینگ
مقدمه
سازه های مورفینگ(سازه های هوشمند) به سازه هایی اطلاق می شود که قادر اند شکل و هندسه خود را با توجه به شرایط مختلف تغییر دهند و از این طریق سبب افزایش عملکرد سازه ها شوند. امروزه استفاده از این سازه ها که به آن ها سازه های هوشمند نیز اطلاق می شوند در کاربردهای مختلف، مورد علاقه طراحان قرار گرفته است. افزایش قدرت مانور هواپیماها و نیز روند روبه توسعه سفینه ها و ماهواره های فضایی از جمله دلایل افزایش تمایل به استفاده از این سازه ها می باشد. در ادامه بحث با مثال هایی به سازه های مورفینگ با استفاده از عملگرهای مختلف اشاره خواهد شد.
سازه های مورفینگ با اعمال تغییرات دما
در ورق های کامپوزیتی غیر متقارن با اعمال تغییرات دما ورق دچار تغییر شکل می شود. عواملی نظیر ابعاد ورق، لایه چینی، جنس ورق، میزان تغییرات دما و ضخامت ورق در تغییر شکل موثر هستند. شکل 1 تأثیر تغییرات دما بر انحنای ورق های کامپوزیتی را نشان می دهد. همچنین در شکل 2 نیز تأثیر لایه چینی بر انحنای ورق های کامپوزیتی مشاهده می کنید.
شکل 1: تاثیر تغییر دما بر انحنای ورق کامپوزیتی پس از فرایند پخت
شکل 2: تأثیر لایه چینی بر انحنای ورق های کامپوزیتی
با افزایش اختلاف دما در ورق، انحنای ورق افزایش می یابد. شکل 3 این مطلب را نشان می دهد.
شکل 3: تأثیر تغییرات دما بر انحنای ورق
سازه های مورفینگ با استفاده از آلیاژهای حافظه دار
آلیاژهای حافظه دار موادی هستند که با اعمال دما تغییر طول می دهند و در نتیجه تغییر طور نیرو اعمال می کنند. نیروی ایجاد شده با افزایش دما متناسب است و این افزایش نیرو تا دمای A f ادامه می یابد. شکل 4 چگونگی افزایش تنش را با افزایش دما نشان می دهد.
شکل 4: نمودار افزایش تنش آلیاژهای حافظه دار با افزایش دما
با استفاده از سیم های آلیاژ حافظه دار و در نتیجه اعمار گشتاور خمشی می توان در ورق ها گشتاور خمشی ایجاد کرد و منحنی ورق را تغییر داد.
هنگامی که سیم تحریک می شود به وسیله ممان هایی که در نتیجه فاصله عمودی سیم ها با سطح ورق ایجاد می شود ورق خمیده می شود. در شکل 5 یک نمونه ورق گرافیت – اپوکسی را نشان می دهد که با تحریک سیم حافظه دار دچار خمش می شود.
شکل 5: ورق های گرافیت-اپوکسی در حالت تحریک شده با سیم های حافظه دار و بدون تحریک
سازه های مورفینگ با استفاده از عملگر های پیزو فیلم
از عملگرهای پیزو فیلم به منظور تحریک و تغییر منحنی ورق های کامپوزیتی استفاده می شود. نمونه ای از استفاده این عملگرها در شکل 6 نشان داده شده است. در این مورد با استفاده از پیزوفیلم و چسباندن آن به یک ورق تخت، شکل آن تغییر می کند و به صورت زیر در می آید.
شکل 6: تغییر شکل حاصل از تحریک پیزو فیلم
شکل 7 یک نمونه از کاربردهای پیزو فیلم ها را در بال هواپیما نشان می دهد.
شکل 7: استفاده از پیزو فیلم ها در بال های پشتی هواپیما
استفاده از پلیمر های هوشمند برای سازه های مورفینگ
مواد پلیمری هوشمند نیز در کاربردهای مورفینگ استفاده می شوند. شکل 8 یک نمونه عملگر پلیمر هوشمند را نشان می دهد که پس از تحریک آن سبب باز شدن بال هواپیما می شود. همان طور که در شکل مشخص است عملگر پلیمری در قسمت لولایی بال قرار دارد و پس از تحریک با اعمال نیرو سبب باز شدن لولا و در نتیجه تحریک بال می گردد.
شکل 8: باز شدن بال به وسیله تحریک پلیمر هوشمند
سازه های مورفینگ با استفاده از عملگرهای F2MC
با تزریق سیال به عملگرهای F2MC، فشار در این عملگرها بالا می رود و سبب تورم لوله FMC می شود. در نتیجه تورم، لوله حاوی سیال حرکت خطی یا دورانی و یا ترکیبی از این دو را انجام می دهد. در شکل 9 سه نمونه از عملگرهای F2MC با میزان جابجایی متفاوت نشان داده شده است.
شکل 9: نمونه ای از عملگرهای F2MC با میزان جابجایی های متفاوت
استفاده از عملگرهای F2MC در بال هواپیما سبب افزایش کارایی آیرو دینامیکی می گردد. در این مکانیزم مجموعه ای از لوله های انعطاف پذیر سیال به صورت پیوسته درون ماتریسی قرار داده می شود. این عملگرها در رباتیک نیز مورد استفاده قرار می گیرند. به عنوان مثال در ساخت دم ماهی می توان از این عملگر ها استفاده کرد. شکل 10 حالت های مختلفی که این عملگرها به سازه می دهند را نمایش می دهد.
شکل 10: حالت های مختلف سازه در نتیجه تحریک F2MC
سازه های مورفینگ با استفاده از ورق های کامپوزیتی موج دار
موج دار کردن ورق ها یکی از راهکارهای تغییر خواص مکانیکی معادل در راستا های مختلف می باشد. از جمله کاربرد های ورق های موج دار استفاده از آن ها در سازه های مورفینگ می باشد. به عنوان مثال ورق های موج دار در بال های هواپیما به کار برده می شوند. علت استفاده از این ورق ها تحمل گشتاور خمشی خوب و در عین حال سبک بودن می باشد. شکل 11 یک نمونه از کاربردهای ورق های موج دار را در بال هواپیما نشان می دهد.
شکل 11: کاربرد ورق موج دار سینوسی در بال هواپیما
به این مقاله امتیاز بده
[ratings]
مقالات مرتبط
سازه های مورفینگ(سازه های هوشمند)
آلیاژهای حافظه دار
پلیمرهای هوشمند
پیزو فیلم ها
مقاله قبلی سایت تخصصم اینه را می توانید اینجا بخوانید
همچنین شما دوست عزیز و متخصص نیز می توانید مقالات خود را با اسم خودتون (شرکت، اشخاص و مخترعان) به همراه تبلیغ تخصص، محصولات و خدمات خود در آخر آن در سایت تخصصم اینه به رایگان منتشر نمایید. البته به شرطی که مقاله کپی از سایت های دیگر و حتی خودتون نباشد. مقالات تا همیشه در سایت خواهند ماند.
اینجا کلیک کنید تا شرایط نوشتن و فرستادن مقاله را مشاهده نمایید.
برای تبلیغ خدمات و محصولات تخفیفدار خود در صفحه اول سایت با حداقل هزینه اقدام نمایید(از اینجا بیشتر مطالعه کنید).
در فرم زیر نیز می توانید ایمیل خود را برای دریافت آخرین مقاله های سایت وارد نمایید.
