(۳-۲۵)
بنابراین خواهیم داشت :
(۳-۲۶)
که ، مجموع انرژی کرنشی المانها تحت شرط مرزی (۱) از جدول(۳-۱)، است. به همین ترتیب با اعمال شرایط مرزیهای خاصی سایر مولفههای ماتریس الاستیک به دست میآیند، این شرایط مرزیها و روابط بین انرژی کرنشی ناشی از اعمال این شرایط و مولفه های ماتریس الاستیک در جدول(۳-۱) ذکر شده است]۲۷[. به این ترتیب با اعمال محاسبات سادهای میتوانیم ماتریس موثر الاستیک را تخمین بزنیم.
جدول ۳- ۱- شرایط مرزی اعمالی برای محاسبه ماتریس الاستیک موثر سه بعدی]۳۰[.
درحالت دوبعدی نیز ماتریس الاستیک موثر به صورت زیر بیان می شود.
(۳-۲۷)
در حالت دوبعدی نیز، اگر ، را ماتریس کرنش ریزساختارها و ، را ماتریس تنش ریزساختارها و را انرژی کرنشی الاستیک ریزساختارها در نظر بگیریم، در این صورت در حالت الاستیک داریم:
(۳-۲۸)
در رابطه فوق ، مساحت مدل است.
برای دستیابی به خواص معادل همگن مدل، ماتریس تنش موثر و ماتریس کرنش موثر را به عنوان مشخصههای ماکروسکوپیک ریزساختارها در نظر میگیریم و آنها را به ترتیب با و نشان میدهیم و به صورت روابط زیر بیان میکنیم:
(۳-۲۹)
(۳-۳۰)
انرژی کرنشی ریزساختارها برابر است با انرژی کرنشی معادل همگن آن مدل تحت شرایط مرزی یکسان، بنابراین میتوانیم انرژی کرنشی مدل را بر حسب مشخصههای ماکروسکوپیک ریزساختارهای آن بیان کنیم:
(۳-۳۱)
حال کرنشی معادل واحد در جهت ۱، به مدل اعمال میکنیم.
(۳-۳۲)
این شرط مرزی در جدول(۳-۲) نشان داده شده است، در این صورت تنش موثر برابر رابطه (۳-۳۳) خواهد شد.
(۳-۳۳)
حال با جاگذاری در معادله (۳-۳۱) انرژی کرنشی معادل همگن برابر خواهد بود با:
(۳-۳۴)
بنابراین خواهیم داشت :
(۳-۳۵)
که ، مجموع انرژی کرنشی المانها تحت شرط مرزی (۱۰) است، به همین ترتیب با اعمال شرایط مرزیهای خاصی سایر مولفههای ماتریس الاستیک به دست میآیند، این شرایط مرزیها و روابط بین انرژی کرنشی ناشی از اعمال این شرایط مرزیها و مولفه های تانسور الاستیک به طور خلاصه در جدول(۳-۲) ذکر شده است.
جدول ۳- ۲ -شرایط مرزی و بارهای اعمالی و مولفههای ماتریس الاستیک دوبعدی]۷[.
۳-۳-۴ پیش بینی ضرایب انبساط حرارتی موثر:
مطابق معادله (۳-۱۸) رابطه بین تنش و کرنش موثر در حالت ترموالاستیک بصورت زیر قابل بیان است:
(۳-۳۶)
(۳-۳۷)
(۳-۳۸)
انرژی کرنشی وابسته به ریزساختارها () را بصورت رابطه (۳-۳۹) تعریف میکنیم.
(۳-۳۹)
از جدول(۳-۲)، شرایط مرزی ۱ ، ۲ و ۳ را درنظر میگیریم. شرایط مرزی ۱، معادل است با :
(۳-۴۰)
که بالانویس (۱) بیانگر شماره شرایط مرزی است.
جدول ۳- ۳- شرایط مرزی اعمالی برای محاسبه ضرایب انبساط حرارتی موثر]۳۰[.
بهعبارتی در شرط مرزی ۱، مدل اولیه فقط مجاز به جابجایی در راستای (۱) است و در جهات (۲) و (۳) محدود شده است. با جاگذاری روابط (۳-۴۰) در معادلات (۳-۳۶)، (۳-۳۷) و (۳-۳۸) داریم:
(۳-۴۱)
(۳-۴۲)
(۳-۴۳)
با اعمال شرایط مرزی (۲) و (۳) از جدول(۳-۳) ، به طور مشابه روابط زیر استخراج میگردند:
(۳-۴۴)
(۳-۴۵)
(۳-۴۶)
(۳-۴۷)
(۳-۴۸)
(۳-۴۹)
در جدول(۳-۲)، با در نظر گرفتن جابجایی و نیروی سطحی ، مدل تحت شرایط مرزی۴، معادل شرایط مرزی ۱ است اگر روابط (۳-۵۰) و (۳-۵۱) برقرار باشند.
(۳-۵۰)
(۳-۵۱)
در این روابط ، سطح تماس دو فاز ماده است. لذا انرژی کرنشی تحت شرایط مرزیهای ۱ و ۴ باید معادل همدیگر باشند، به عبارتی میتوان رابطه (۳-۵۲) را نتیجهگیری کرد.
(۳-۵۲)
که ، انرژی کرنشی تحت شرایط مرزی ۱ و انرژی کرنشی تحت شرایط مرزی ۴ است. به طور مشابه نشان داده می شود که معادل مدل تحت شرایط مرزی ۷ که در جدول (۳-۳) نشان داده شده است، میدان جابجایی یکسانی با شرایط مرزی ۶ دارد. لذا انرژی کرنشی معادل مدل تحت این دو شرط مرزی یکساناند، به عبارتی:
(۳-۵۳)
که و به ترتیب انرژیهای کرنشی معادل همگن مدل تحت شرایط مرزیهای ۵ و ۶ هستند. اگر انرژی کرنشی مدل را تحت شرایط مرزی۷ با نمایش دهیم در آن صورت میتوانیم عبارت زیر را بنویسیم:
(۳-۵۴)
که با مقایسه رابطه فوق با رابطه (۳-۵۵) نتیجه میگیریم:
(۳-۵۵)
ﻧﮕﺎرش ﻣﻘﺎﻟﻪ ﭘﮋوهشی در مورد طراحی مواد سلولی، با حداکثر سختی و حداقل ضرایب انبساط ...