نمونه سوال های امتحان پایانی و سوالات امتحانی درس مکانیک مواد مرکب (کامپوزیت) مقطع کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک طراحی کاربردی با جواب تشریحی آن در این بخش ارائه شده است. با بررسی سوالات زیر می توانید اطلاعات خوبی در رابطه با سوالات و نمونه سوال های امتحان مکانیک مواد مرکب مهندسی مکانیک بدست آورید.
اگر در درس کامپوزیت اشکال دارید از اساتید این درس کمک بگیرید. بر روی عبارت تدریس خصوصی کامپوزیت کلیک کنید تا اساتید این درس را مشاهده نمائید.
سوال شماره 1- در شکل مقابل یک چند لایه متقارن داده شده است. ابتدا ماتریس های A، B و D را بدست بیاورید. همانطور که می دانید این ماتریس ها برای چند لایه ها و یا لمینت ها بسیار مهم هستند. در ادامه کرنش و انحنای صفحه میانی و تنش در نقطه A نشان داده شده در شکل را محاسبه نمائید. نیروی اعمالی به صورت Ny = 1000/c نیوتون بر متر است. c شماره کلاسی دانشجو می باشد. جنس چندلایه از گرافیت اپوکسی می باشد.
پاسخ سوال 1: برای حل این سوال باید با استفاده از روابط موجود که در دانلود خلاصه روابط و فرمول های درس کامپوزیت (مواد مرکب) و کتاب های کامپوزیت مانند کتاب مکانیک سازه‌های مرکب دکتر سیدمحسن محسنی‌شکیب موجود است، ماتریس های A، B و D را بدست آورد. البته توجه داشته باشید که برای لمینت نشان داده شده در شکل چون چند لایه متقارن است ماتریس B برابر صفر خواهد شد. به عبارتی کوپلینگ بین معادلات وجود ندارد و معادلات نیروها و گشتاورها به صورت جداگانه بررسی می شود. برای بررسی چندلایه های غیرمتقارن باید دستگاه 6 معادله و 6 مجهول را حل کرد اما برای چند لایه های متقارن مانند شکل بالا دو دستگاه معادله با 3 معادله و 3 مجهول مورد بررسی قرار می گیرد. با رابطه ای که بین نیروها، گشتاورها و کرنش های صفحه میانی وجود دارد در مرحله اول می توان کرنش و انحنای صفحه میانی را بدست آورد. یعنی قبل از بدست آوردن تنش یا کرنش هر نقطه ابتدا باید کرنش و انحنای صفحه میانی را محاسبه نمود. روابط مربوطه در کتاب دکتر شکیب و سایر کتاب های مواد مرکب موجود است. در مرحله بعد می توان کرنش و سپس تنش در هر نقطه از لامینت را بدست آورد. کرنش هر نقطه به کرنش و انحنای صفحه میانی و به فاصله آن نقطه تا صفحه مرکزی بستگی دارد. برای جلوگیری از زیاد شدن حجم محاسبات، در این سوال فقط نیروی Ny اعمال شده است. اگر در این مباحث اشکال دارید از اساتید خصوصی مهندسی مکانیک کمک بگیرید.
حتما بخوانید: امتحان درس کامپوزیت - نمونه سوال امتحانی مکانیک مواد مرکب مهندسی مکانیک
سوال شماره 2- در شکل زیر ورق نشان داده شده تحت بار فشاری قرار داشته و تکیه گاههای ساده هم دارد. جنس آن هم گرافیت اپوکسی است. لایه چینی ورق هم داده شده است در شکل زیر. با دو روش (روش ورق های دراز و باریک و روش کلی) حداکثر مقدار خیز و حداکثر گشتاور خمشی خواسته شده است. ضخامت هر لایه هم 2 میلی متر در نظر گرفته شده است. بررسی کنید آیا از روش ورق های دراز و باریک برای حل این سوال می توان استفاده کرد؟ نتایج دو روش را با هم مقایسه کنید و بگوئید که کدام روش دقیق تر است و روش دیگر چند درصد خطا دارد؟ بار اعمالی برای 4000+200c نیوتن بر مترمربع است. c شماره کلاسی دانشجو می باشد.
پاسخ سوال 2: در حالتیکه طول ورق از عرض آن خیلی بزرگتر باشد ورق دراز و باریک نامیده شده و روابط ساده ای برای بدست آوردن خیز و گشتاور خمشی برای آن وجود دارد. در حالت ورق دراز و باریک معادله دیفرانسیل حاکم بر مسئله شبیه معادله دیفرانسیل تیرها در مقاومت مصالح شده و در نتیجه بدون حل آن و با معادل سازی می توان از نتایج بدست آمده برای تیرها در مقاومت مصالح استفاده کرد. اینکه طول ورق به چه مقدار باید از عرض آن بزرگتر باشد به صورت رابطه ای در کتاب های مواد مرکب موجود است. جواب دقیق برای ورق های کامپوزیتی به صورت سری وجود دارد. روش دوم به نسبت روش موجود برای ورق های دراز و باریک دقیق تر است. در شکل داده شده در این بخش چون تکیه گاهها متقارن است خیز ماکزیمم در وسط ورق اتفاق می افتد. به لایه چینی داده شده دقت کنید و بر مبنای آن سوال را حل نمائید.
پیشنهاد می شود مطالعه نمائید: خلاصه درس کامپوزیت - مواد مرکب مقطع ارشد مهندسی مکانیک با توضیحات مفید و خوب
سوال شماره 3- نحوه کاهش یافتن تعداد ثابت های الاستیک در رابطه تنش کرنش مواد ناهمسانگرد به تعداد ثابت الاستیک در رابطه تنش کرنش مواد مونوکلینیک را نشان دهید.
پاسخ سوال شماره 3: مواد با توجه به تعداد صفحات تقارن به چند دسته تقسیم میشوند. مواد بدون صفحه تقارن (anisotropic) ,مواد با یک صفحه تقارن یا مواد مونو کلینیک, مواد با سه صفحه تقارن یا ارتو تروپیک, مواد همسانگرد عرضی که دارای سه صفحه تقارن است که خواص در دو راستا برابر است و در نهایت مواد با بی نهایت صفحه تقارن. برای تعریف خواص هر یک از این مواد به ثابت های الاستیک مستقلی نیازمندیم که برای هر کدام از آنها تعداد این ثابت ها متفاوت است. برای اثبات خواسته شده در صورت این سوال به کتاب های کامپوزیت مراجعه کنید. در این مقاله می توانید مطالب خوبی را مشاهده نمائید.
حتما مطالعه کنید: دانلود نمونه سوال امتحانی درس کامپوزیت (مواد مرکب) رشته مهندسی مکانیک
سوال شماره 4- در شکل زیر یک تک لایه نشان داده شده است. به این تک لایه تنش عمودی در راستاهای x و y وارد شده است. ماتریس سختی کاهش یافته انتقال یافته، کرنش کلی و تنش محلی و همچنین تنش برشی ماکزیمم را بدست آورید. در شکل مقابل هم c شماره کلاسی دانشجو می باشد و تنش های اعمالی بر حسب مگاپاسکال است.
پاسخ سوال شماره 4: این سوال امتحانی کامپوزیت ارشد مهندسی مکانیک به نسبت سوالات دیگر راحت تر است. ماتریس سختی در واقع مربوط به قانون هوک است. کاهش یافته به این معنی است که برای حالت دو بعدی و تنش صفحه ای مد نظر می باشد و انتقال یافته هم یعنی اینکه در دستگاه مختصات کلی مد نظر می باشد و نه دستگاه مختصات محلی. برای بدست آوردن ماتریس سختی کاهش یافته انتقال یافته رابطه وجود دارد که در مقالات معرفی شده در همین بخش و در کتاب های کامپوزیت موجود است و کافی است که فقط جاگذاری های لازم را انجام دهید. بعد از بدست آوردن ماتریس سختی می توان تنش و کرنش ها را بدست آورد. در مرحله بعد می توان از دایره مور و روابط تبدیل تنش استفاده کرد و تنش برشی ماکزیمم را محاسبه نمود.
مطالعه کنید: سرفصل های درس مکانیک مواد مرکب (کامپوزیت ها) به صورت جلسه به جلسه
سوال شماره 5- چرا معیار طراحی لازم است و مبنای بهتر بودن یک معیار طراحی چیست؟ چگونه از معیارهای طراحی استفاده می کنیم با ذکر مثال 2 معیار را توضیح دهید.
پاسخ سوال شماره 5: در بسیاری از موارد تنش های اعمالی به قطعات کامپوزیتی و غیرکامپوزیتی چند محوره است و اگر بخواهیم شکست یا عدم شکست قطعه را بررسی کنیم این سوال پیش می آید که کدام مولفه تنش را با استحکام قطعه مقایسه کنیم؟ نقطه بحرانی کدام است و چگونه باید تشخیص داده شود؟ معیارهای طراحی با روابطی که ارائه می کنند به چنین سوالاتی پاسخ می دهند. معیارهای طراحی در مهندسی مکانیک در درس طراحی اجزاء مورد بررسی قرار می گیرد. برای مواد کامپوزیتی معیارهای طراحی منحصر به فردی وجود دارد. معیار طراحی ای بهتر است که با نتایج آزمایشگاهی تطابق بهتری داشته باشد. از جمله معیارهای طراحی کامپوزیت ها می توان به (سای – هیل) و (هافمن ) و ( سای – وو) و .... اشاره کرد. برای مطالعه بیشتر در رابطه با مواد کامپوزیتی در ویکی پدیا بر روی این لینک کلیک کنید.
مطالعه دانلود رایگان نمونه سوالات امتحانی کامپوزیت (مواد مرکب) مهندسی مکانیک سال تحصیلی 97-98 هم پیشنهاد می شود.
منبع: ایران مدرس
