تكنولوژي مواد كامپوزيت به عنوان يكي ازبزرگترين دستاوردهاي بشري دردههاي اخيربشمارمي رودكاربرد اين مواد به واسطه قابليتهاي ويژه شان هرروزه درحال توسعه است.به طوريكه امروزه كمترصنعتي است كه ازتوانايي هاي آن بهره مندنشده باشد.درحال حاضردراكثركشورها تحقيق وتوسعه درزمينه مواد كامپوزيت به عنوان اولين اولويت تحقيقاتي مطرح شده،زيراآنها اين به موضوع واقفندكه پيشرفتهاي صنعتي آينده تنها با حضوراين مواد تحقق خواهد يافت.كاربرد اين مواد به طورعمومي ازابتداي دهه هفتاد،تنها ازصنايع هوايي وفضايي آغازشد.اما امروزه پس ازگذشت تنها سه دهه دراكثرصنايع توسعه يافته است.دراين ميان صنعت خودرو كه به عنوان يك صنعت مادردرهركشورمطرح مي باشد،ازتوانايي ها وخصوصيات اين مواد پيشرفته بي نصيب نمانده است.هرروزه شاهد جايگزين شدن يكي ازقطعات فلزي خودرو بايك ماده كامپوزيتي هستيم.يكي ازاين قطعات ميل گاردان مي باشد كه تحقيقات بسيار زيادي دردو دهه اخيربرروي آن صورت گرفته است. در هر سيستم مكانيكي بعد از توليد توان جهت انتقال آن به بخش¬هاي ديگر احتياج به مجموعه-اي به نام سيستم انتقال قدرت مي¬باشد. هنگامي كه اين بخش¬هاي مجزا نسبت به هم حركت كرده و يا داراي زواياي متغير باشند بهترين راه حل جهت انتقال قدرت استفاده از ميل گردان و اتصال يونيورسال مي¬باشد. اين مطلب به خوبي در خودرو¬ها بارز مي¬باشد. براي حركت خودرو بايد به طريقي نيروي محركه توليدي در موتور به چرخ¬ها منتقل شود. اين نيروي محركه از محور خروجي گيربگس خارج شده و مي¬بايست به ديفرانسيل و از آنجا توسط اكسلها به چرخ¬هاي عقب منتقل شود.در اين ميان ميل گاردان وظيفه اين انتقال گشتاور را بر عهده خواهد داشت. تاريخچه استفاده ازميل گاردان درخودروها به زمان ساخت اولين سيستم تعليق برمي گردد.نگاهي به اولين خودروهاي ساخته شده با سيستم تعليق،نشان مي دهدكه درآنها به طريقي ميل گاردان ويا اتصال يونيورسال به كاررفته است.تا سال1996تمام خودروها ديفرانسيل عقب بوده اند وبراي اولين جنرال موتور خودروي ديفرانسيلي جلويي راتوليدكردكه ديگرنيازي به ميل گاردان نداشت. با توجه به اين كه گاردانهاي كامپوزيتي به طور همزمان توسط كمپاني¬هاي متعدد جهت مصارف مختلف مورد استفاده قرار گرفته است، نمي¬توان تاريخ دقيقي براي ساخت اولين گاردان كامپوزيتي پيدا كرد. اما آنچه مسلم است تحقيقات پايه¬اي انجام گرفته بر روي محورهاي كامپوزيتي از جمله مسئله سرعت بحراني، گشتاور كمانشي و مباحث پايداري محورهاي ارتوتروپيك به ابتداي دهه 70 ميلادي برمي¬گردد. اما استفاده از محورهايي كامپوزيتي براي طراحي و ساخت يك گاردان كامپوزيتي از دهه 90 به بعد آغاز گرديد. ميل گاردانهاي كامپوزيتي براي اولين بار براي مواردي غير از صنعت خودرو همچون هليكوپتر و كشتيهاي سبك مورد استفاده قرار گرفتند.امروزه كاهش مصرف سوخت و آلودگي به عنوان اولين اولويت در طراحي خودرو مطرح است، و بدون شك كاهش وزن يكي از بهترين راههاي كاهش سوخت و آلودگي در خودرو مي¬باشد. از طرفي استفاده از مواد سبك و مقاوم همچون مواد كامپوزيت مناسبترين راهكار در كاهش وزن خودرو مي¬باشد.ديگر اين كه ميل گاردانهاي كامپوزيتي به واسطه طبيعت ويسكو الاستيك كامپوزيت، مي¬توانند به مقدار قابل توجهي باعث كاهش صدا در خودرو شوند. اين مطلب اهميت و الزام استفاده از مواد كامپوزيت در صنعت خودرو را مشخص مي¬نمايد. و همكارش در سال 1985 ميل گاردان فلزي دو تكۀ يك كشتي سبك را با يك Spencer گاردان كامپوزيتي يكپارچه جايگزين كردند. اين ميل گاردان كامپوزيتي 1/4 متري با استفاده از سه نوع ماده كامپوزيتي، كربن با استحكام بالا/ اپوكسي ، كربن با سفتي بالا/ اپوكسي و شيشه /اپوكسي ساخته شد. آنها اين گاردان كامپوزيتي را با استفاده از روابط تحليلي ساده طراحي كردند. در سال 1990 ، و همكارانش يك گاردان كامپوزيتي يكپارچه را جايگزين گاردان G.Belingardi فلزي دو تكۀ موجود بر روي يك خودرو كردند. آنها طراحي محور اين گاردان را با استفاده از روابط تحليلي انجام دادند. تحليل اتصالات اين محور با استفاده از روش اجزاء محدود دو بعدي و يا فرض رفتار الاستيك در چسب صورت گرفت. و همكارانش در سال 1998 يك طراحي مجدد، جهت كامپوزيتي كردن روتور پروانه Darlow هليكوپتر آپاچي انجام دادند آنها توانستند با يك طراحي بهينه، وزن گاردان آلومينيومي موجود بر روي اين هليكوپتررا به ميزان قابل توجهي كاهش دهند. در اين رساله نيز هدف جايگزين كردن يك ميل گاردان كامپوزيتي يكپارچه به جاي ميل گاردان فلزي موجود در يك خودرو مي باشد. اما اين طراحي نسبت به كارهاي قبلي داراي يك سري ملاحظات جديد مي باشد. در اين رساله تمامي تحليلها جهت طراحي محور كامپوزيتي توسط آناليز اجزاء محدود صورت گرفته و جوابها با نتايج آزمايشگاهي و تحليلي موجود در مقالات، مورد مقايسه قرار گرفته است. در بخش طراحي اتصالات يك تحليل اجزاء محدود سه بعدي غير خطي جهت برآورد ظرفيت گشتاور استاتيكي اتصال و پيش بيني مدهاي تخريب صورت پذيرفته است. اين رساله درهفت فصل ارائه گرديده است.فصل اول مقدمه،فصل دوم با عنوان معرفي صورت مسئله محتوي گزارش ازاهداف رساله،روش حل مسئله،معرفي الگوريتم طراحي گاردانهاي كامپوزيتي وبارهاي درنظرگرفته شده جهت طراحي گاردان وانت نيسان مي باشد.فصل سوم باعنوان معرفي اصول طراحي محورهاي كامپوزيتي يكي ازمهمترين بخشهاي اين رساله راتشكيل ميدهد. دراين فصل به اصول طراحي محورهاي كامپوزيتي ازجمله سرعت بحراني،گشتاوركمانشي،ظرفيت گشتاوراستاتيكي پرداخته شده است.نحوه محاسبه هركدام ازپارامترهابا استفاده ازروشهاي تحليلي واجزا محدود ازجمله مسائلي است كه دراين بخش به آن پرداخته شده است.درادامه اين بخش جهت بررسي صحت جوابها به مقايسه نتايج حاصل ازتحليلهاي انجام گرفته دراين تحقيق،نتايج آزمايشگاهي ونتايج تئوري موجوددرمقالات متعدد پرداخته شده است. درفصل چهارم به معرفي اصول طراحي اتصالات درگاردانهاي كامپوزيتي پرداخته شده است.براي اين منظوربعد ازمعرفي انواع اتصالات بكاررفته درگاردانهاي كامپوزيتي ونحوه تحليل هريك ازآنها جهت بررسي صحت تحليلها به مقايسه نتايج اجزامحدود ونتايج آزمايشگاهي پرداخته شده است. درفصل پنجم به بررسي طراحي محورهاي كامپوزيتي براساس بارهاي متغير پرداخته مي شود درادامه اين فصل به بررسي كامپوزيتهاي تقويت شده تحت بارهاي خستگي كه منتجه ازبارهاي Fortran متغيراست پرداخته شده،درادامه به مقايسه نتايج حاصله ازكدكامپيوتري نوشته شده با نتايج آزمايشگاهي خواهيم پرداخت. با Abaqus درنرم افزارالمان محدود درفصل ششم هدف اصلي طراحي گاردان كامپوزيتي يك پارچه براي يك ماشين نيمه سنگين مانند وانت نيسان شرح داده مي شود.روش طراحي اين گاردان مطابق بايك الگوريتم مشخص وبرپايه اصولي ميباشد كه درفصول سوم وچهارم به معرفي آن پرداخته شده است. درنهايت نتيجه گيري وپيشنهادات درفصل هفتم ارائه خواهد گرديد.اين فصل شامل يك خلاصه كلي ازنتايج تحليلهاي انجام گرفته برروي گاردانهاي كامپوزيتي مي باشد.معرفي خلاصه اي ازنتايج طراحي گاردان كامپوزيتي وانت نيسان وپيشنهادهاي لازم براي كارهاي آينده ازجمله مسائل ديگري است كه دراين فصل به آن پرداخته شده است.

اصغر سلامي