– (99)

جان اندرو بویل[5] نیز از طرفداران همین دیدگاه است[6].
ب) جهانگشایی امپراتوری چنگیزیبرخی از دیگر مورخین بر این باورند که حادثه اترار در سلسل علل و عوامل حمله مغول، بهانهای بیش محسوب نمیشود و طبیعت جهانگشایی چنگیزی علت اصلی حمله مغول به ایران به حساب می‌آید.
این گروه از مورخین میکوشند تا برای اثبات این نظریه از منابع غیر تاریخ بهره جویند. رضوی در این باره چنین استدلال میکند:
«هر چند اغلب منابع تاریخی نقش واقعه اترار را در این زمینه بسیار مهم برشمردهاند، اما میتوان با در نظر داشتن مطالب منابع غیر تاریخ نگاری نقش این واقعه را تا حد بهانه، کمرنگ جلوه داد. اشارات یک منبع غیر تاریخ نگاری که مقارن تهاجم مغول ها نوشته شده خلاف آن را اثبات میکند. شمسالدین قیس رازی در کتاب المعجم فی معاییر اشعار العجم به طور صریح اشاره میکند که از مدت ها قبل از سفر خوارزمشاه به عراق اخباری مبنی بر تهاجم مغول ها شایع بوده و در همین زمینه خود او ترجیح داده که همراه اردوی خوارزمشاهی بدان صوب سفر کند. در این زمان امپراتوری خوارزمشاهی که در طی کمتر از دو دهه به نهایت وسعت رسیده و به ویژه در ماورءالنهر و ترکستان بر رقیبان فائق آمده بود، با امپراتوری تازه تاسیس چنگیزخان هم مرز شد. امپراتوری که به جبر یا اختیار به دنبال گسترش قلمرو بود و درعین حال ثبات و انتظام لازم را نیز دارا بود[7]».
ج) اختلافات ارضی
خواجه رشیدالدین فضلالله در تحلیل عوامل شکلگیری این حمله بر اختلافات ارضی و به تبع آن منازعات سیاسی ـ اقتصادی تاکید میورزد[8].
البته این دیدگاه‌ها قابل جمعاند، بدین گونه که زمینهی حمله مغول، طبیعت جهانگشایی و اختلافات ارضی بوده است و نوع رفتار سلطان محمد خوارزمشاه موجب شکلگیری این حمله شده است.
2ـ1ـ2ـ ادوار عصر مغولبا تقسیم بندی ادوار مغول درصددیم تا محل بحث را کاملا مشخص نماییم. عصر مغول در ایران از سال 616ق. آغاز میشود و در سال 756ق. پایان میپذیرد.
این دوره صد و چهل ساله به دو دورهی کلان قابل تقسیم[9] است:
1ـ اولین تهاجم مغولان (616 ـ 651ق.)
این دوره با حمله چنگیز به ایران آغاز میشود و با حمله هولاکو به این سرزمین خاتمه مییابد. این دوره نیز خود به دو دوره قابل تقسیم است:
الف) دوره جهانگشایی (616 ـ 619ق.)
چنگیزخان در سال 616ق. به ایران حمله کرد و در سال 619ق. از ایران رفت. این دوره، دوره قتل و غارت و تخریب است فلذا نباید انتظاری از وجود علم و هنر و ادب داشته باشیم.
ب) دوره برزخ (619 ـ 651ق.)
در این مدت خانان مغول یک نفر را به عنوان حاکم به ایران میفرستادند و حکام با کمک عمال و دبیران ایرانی به جمعآوری مالیات میپرداختند و آن را در راستای آبادسازی خرابی ها و ترفیه حال مردم مصرف میکردند. در واقع این عصر، دوره بازسازی و سروسامان و تمشیت امور بود؛ بنابراین دوران مساعدی برای پیشرفت علم و هنر نبود.
آژند در رابطه با وضعیت هنری این دوره چنین میگوید:
«هجوم مغولان موجب مهاجرت هنرمندان و پیشهوران شرق ایران به غرب ایران، عراق، سوریه و آناتولی شد و این مهاجرت راه را برای تأثیرپذیری های هنری گشود و عرصه را برای شکلگیری جریان های هنری در غرب ایران هموار کرد[10]».
2ـ دومین تهاجم مغولان (651 ـ 756ق.)
دومین دوره با حملهی هولاکوخان آغاز میشود. در این دوره هولاکوخان مأمور میگردد تا سرزمین ایران را یکپارچه فتح کند و دو قسمت باقیمانده ـ اسماعیلیان نزاری و عباسیان ـ را از سر راه بردارد و آن را به سرزمین های امپراتوری مغولان منضم سازد. بنابراین دورهی مذکور با حرکت هولاکو به ایران آغاز میشود و به انجام کار انوشیروان در سال 756ق. پایان میپذیرد. این دوره نیز خود به دو دوره قابل تفکیک است:
الف) دوره طلائی (651 ـ 736ق.)
این دوره، دوران تشکیل حکومت ایلخانی است که بنیانگذار آن هولاکو است و تا مرگ ابوسعید (736) ادامه مییابد. این برهه تاریخی را میتوان عصر درخشان دوره ایلخانی به شمار آورد زیرا این دوره، با وجود حکومت بیگانگان در سرزمین ایران، از لحاظ تأسیس بنیادهای خیریه و حوزه‌های بزرگ علمی و دارالعلم های معتبر و اعزاز و اکرام و ترفیه حال علما و متصوفه و تشویق اهل حرفه و صنعت و رونق تجارت و فلاحت و عمران و آبادی بلاد و اعطای آزادی مذهبی و غیره از ادوار استثنایی و منحصر به فرد در تاریخ میهن ما محسوب میشود.
بحث دیگری که در اینجا مطرح است، این است که با توجه به اینکه هولاکو مؤسس حکومت ایلخانی به حساب میآید، وجه نامگذاری آنها به ایلخانان چیست؟
در مورد اطلاق عنوان ایلخانان بر حکام این سلسله و مفهوم ایلخانی بر این حکومت نمیتوان نظر صریحی ارائه کرد. در منابع این عصر استفاده از این مفهوم به عنوان یک اصطلاح خاص مشاهده نمیشود. به طور معمول در کنار لفظ ایلخانان الفاظ دیگری همچون قاآن، پادشاه جهان، ملک تتر و غیره به کار رفته و این حاکی از آن است که عنوان ایلخانان مفهومی عام بوده و تا اندازهای حالت تشریفاتی داشته است. جوینی، رشیدالدین فضلالله، وصّاف، و دیگر منابع این عصر به صورتی محدود این عنوان را به کار بردهاند و چندان مشخص نیست که معنای اصطلاحی خاص از آن مورد نظر داشته‌اند. به نظرمیرسد دیدگاه کسانی که ایلخان را به معنای خان تابع و وابسته و یا بر عکس وابسته خان دانستهاند صحیح تر باشد[11]. توضیح سخن اینکه تا قبل از آمدن هولاکو به ایران، حاکمان و امرای مغول به عنوان نمایندگان دربار مرکزی مغول حکمرانی میکردند. اگرچه بعد از آمدن هولاکو ـ که از شاهزادگان درجه اول مغول به حساب میآمد ـ اغلب اختیارات مرکز به وی منتقل شد ولی هنوز حکومت مغول در سرزمین ایران تابع دربار قراقروم بود به گونهای که تصمیمات مهم را خان بزرگ میگرفت. این وضعیت تا دوره غازانخان ادامه یافت تا اینکه وی ارتباط خود را با خان بزرگ قطع کرد و ایران را به یک استقلال سیاسی رسانید.
ب) دوره افول (736 - 756ق.)
در این دوره بر اثر از بین رفتن اقتدار و وحدت حکومت و وقوع خصومت و اختلاف بین امرای دربار ایلخانان و ظهور امرای خودکامه و جاه طلب و خالی ماندن عرصه مملکت از امثال مشاوران و وزرای مقتدر و مدبر و دانشمندانی چون خواجه نصیرالدین طوسی، خواجه شمسالدین محمد جوینی، خواجه رشیدالدین فضلالله و خواجه غیاثالدین محمد دنباله خدمات بزرگ و تدابیر حکیمانه آن رادمردان ایرانی مهمل ماند.
تقسیم بندی فوق همانند نقشهی راه به ما این کمک را می کند تا برای پیگیری بحث شمایلنگاری در نقاشی، فقط آن را در دوران طلائی عصر مغولی جستجو نماییم و در سایر ادوار چنین انتظاری نداشته باشیم.
2ـ1ـ3ـ شجرهنامه ایلخانان[12]
2ـ1ـ4ـ دین و مذهب ایلخاناندر رابطه با آیین دینی مغولان باید گفت که آنها شمنی بودند. این آیین از یک سو، به یگانه پرستی متمایل
بود و از سوی دیگر برای اداره امور جهان به رب النوع هایی باور داشت که هر کدام از آنها متکفل اداره بخشی از امور عالم بودند. اما به مرور زمان بخش یگانه پرستی مورد غفلت واقع شد و این رب النوع ها در قالب بت خودنمایی کردند. چیزی نگذشت که مغولان وارد سرزمین چین شدند و تحت تأثیر مردمان این سرزمین، به آیین بودا گرویدند. البته وضعیت در رابطه با ایلخانان ایران قدری متفاوت تر است. ایلخانان ایران از مذهب واحدی برخوردار نبودند بلکه برخی از آنها بودائی، برخی مسیحی و چند تن مسلمان بودند. هولاکو، اباقا، ارغون و گیخاتو بودائی بودند. بایدو کیش عیسوی داشت و در احیای آداب و سنن مسیحیت میکوشید. سلطان احمد، غازانخان، اولجایتو و ابوسعید از ایلخانان مسلمان به شمار میآیند. آنچه در رابطه با سه حاکم مسلمان ایلخانی گفتنی است، این است که آنها از همان ابتدا مسلمان نبودند بلکه در نهایت اسلام آوردند. سلطان احمد و اولجایتو ابتدا مسیحی بودند و بعدا اسلام آوردند و غازانخان ابتدا بودائی بود و سپس مسلمان شد.
مسأله اصلی در اینجا این است که چه چیز موجب اسلام آوردن حکام فوق گردید؟
قبل از پاسخ دادن به این پرسش، نباید این نکته را از قلم انداخت که هر چند سلطان احمد نخستین ایلخان مسلمان به حساب میآید ولی سابقه اسلام آوردن مغولان به قبل از آمدن هولاکوخان به ایران باز میگردد. در واقع در فاصله میان فتح ایران به دست چنگیز و آمدن هولاکو به ایران برخی از امرا و بزرگان مغولی اسلام آورده بودند. اشپولر چنین توضیح میدهد:
«ناگفته نماند، که در آن هنگام برخی از ارکان دولت، که اصلشان مغولی و یا ترک بود، اسلام را پذیرفتند بودند (از جمله برکهخان دشت قیچان)، گرگوز حاکم و سردار کهتی، که در سال 1261م. به مناسبت انعقاد قرارداد صلح با فرمانروایان ماردین به اسلام گروید[13]».
البته اسلام آوردن مغولان محدود به دورهی فوق نمیگردد چرا که پس از حمله هولاکو نیز شماری از درباریان به اسلام روی آوردند. به عنوان نمونه دختر سوم اباقا خان اسلام آورد علیرغم آنکه پدرش، به فرهنگ بودائی دلبستگی داشت[14].
بنابراین میتوان این پرسش را در سطحی کلان تر مطرح کرد که چه عاملی موجب شد تا حکام و درباریان ایلخان، اسلام آوردند؟
هدف از نقل این مطالب این بود که اولا معلوم گردد که از قبل، زمینه برای اسلام آوردن حکام ایلخانی وجود داشته است بنابراین آنها اولین مسلمانان مغولی به حساب نمیآیند و ثانیا با ملاحظهی همین مطالب است که میتوان به چرایی ماجرا پی برد. این حوادث نشانگر آن است که یکی از عوامل مؤثر در اسلام آوردن مغولان در این نکته خلاصه میگردد که تعصب مذهبی خاصی نسبت به آیین اجدادی خود ـ شمنی ـ نداشتند و حتی قبل از اسلام به بودائیت و مسیحیت در آمده بودند. علت بیتعصبی آنها نسبت به آیین مغولی چیزی جز ضعف آیین مغولی نیست. این آیین به خرافات فراوانی دچار گشته بود و دیگر تاب مقاومت در برابر ادیان بزرگ را نداشت. مرتضوی در توصیف وضعیت این دوره میگوید:
«یکی از مشخصات دوره ایلخانی نبودن تعصبات شدید مذهبی در این دوره و آزادی مذهب و دین است... پادشاهان و امرای ایلخانی عقیده ثابت و خاصی درباره مذهب و دین نداشتند یعنی از یک طرف چون دین اجدادی خود را در برابر ادیان اسلام و مسیحیت ضعیف میدیدند عقیده خود را نسبت به دین اجدادی از دست داده بودند...[15] ».
دومین عاملی که میتوان از آن یاد کرد نقشی است که علما و بزرگان مسلمان در این باره ایفا کردند. پیروان ادیان بزرگ به ضعف آیین مغولی پی برده بودند و دریافته بودند که باید تمام نیروی خود را بکار بندند تا مغولان را به سمت دین خود متمایل سازند و در این راستا بزرگان و علمای مسلمان ساکت و آرام ننشستند. بزرگانی چون خواجه نصیرالدین طوسی و شمسالدین محمد جوینی و غیره کوشیدند تا در موجودیت ایران اسلامی را حفظ کنند. به بیان دیگر، به همان میزان که مسیحیان در مسیحی کردن شاهزادگان مغول میکوشیدند، مسلمانان نیز در تلاش بودند تا شماری از آنها را به اسلام دعوت کنند.[16]
در تأیید و تقویت این عامل به ذکر دو نمونه بسنده میکنیم: شیخ عبدالرحمن رافعی شخصیت مهمی بود که نقش به سزائی در اسلام آوردن سلطان احمد ایفا نمود، و شیخ صدرالدین ابراهیم و امیر نوروز باعث اسلام آوردن غازانخان شدهاند.
برخی از منابع تاریخی در رابطه با مقام و موقعیت رافعی چنین نگاشتهاند:
«سلطان احمد... شیخ کمالالدین عبدالرحمن رافعی را نیز به سمت تولیت و شیخ الاسلامی کل ممالک ایران و عراق نامزد نمود و تمام اوقاف ممالک خود را تحت امر او قرار داد تا آنها را به مصرف شرعی برساند. رافعی... آنچه از دستش برآمد در تقویت اسلام و بالابردن عزت و احترام مسلمین و علما و ائمه بکوشید و مواجب و مستمریات عیسویان و یهود را از دفاتر ایلخانی حذف کرد... و معابد و کلیساها را به مساجد مبدل ساخت...[17] ».
بنابراین بیراهه نیست اگر ادعا کنیم که نوعی ستیز فرهنگی بین سه دین اسلام، مسیحیت و بودائیت در جریان بوده است. پر واضح است که غلبه هر کدام از ادیان مذکور، این پتانسیل را فراهم میآورد تا اثر هنری مربوط به آن دین شکل گیرد.
اما اگر بخواهیم اسلام آوردن حکام را در سطح خرد بررسی کنیم باید بگوییم که برخی از تاریخ نگاران بر این باورند که علت اسلام آوردن سلطان احمد، انگیزه سیاسی است. توضیح سخن اینکه مغولان براساس سیاست جهانگیری که در سر داشتند، درصدد بودند تا سرزمین های غربی اسلام یعنی مصر و شام را نیز به تصرف خود درآورند ولی سلاطین مصر اجازه چنین پیشروی را به آنها ندادند. اگر چه هولاکو و اباقاخان لشکرکشی هایی به سمت مصر و شام گسیل داشتند ولی با شکست مواجه شده بودند. ثمره این تهاجمات این شده بود که نوعی کینه و خصومت عمیق میان سلاطین مغول و مملوکیان مصر به وجود آمده بود. تکودار[18] وقتی به قدرت رسید بلافاصله اسلام آورد تا با این کار خیال خود را از جهت دشمن خارجی راحت کند. به دیگر بیان، وی سیاست صلح را در پیش گرفت تا موجب کاهش نزاع بین طرفین گردد اما غافل از اینکه این سیاست خارجی میتواند دشمنان جدیدی را در داخل برای او به وجود آورد[19].
در رابطه با اسلام آوردن غازانخان دیدگاه‌های مختلفی توسط مورخین ارائه شده است که در ذیل به آنها اشاره میکنیم:
الف) اسلام مصلحتی
از آنجا که غازانخان یک بودائی بود، بنابراین در نظر مردم ایران یک کافر به حساب میآمد. وی پیش از آن که به قدرت برسد، اسلام آورد تا با یک تیر چند نشان را هدف گیرد. مسألهای که همواره ایلخانان پیشین با آن دست و پنجه نرم میکردند این بود که آنها از تأییدات داخلی برخوردار نبودند چرا که آنها یا بودائی و یا مسیحی بودند و حال آنکه مردم ایران به اسلام گرایش داشتند. بنابراین اسلام آوردن غازانخان نه تنها میتوانست بحران مشروعیت را در داخل حل کند، بلکه این امکان را فراهم میکرد تا سریعتر به قدرت برسد چرا که از حمایت رعایای مسلمان برخوردار میگشت و از طرف دیگر، میتوانست در روابط خارجی حربه «جهاد با کفار مغول» را از دست مملوکیان مصر بستاند و رابطه خود را با آنها بهبود بخشد و حتی در صورت هر گونه نزاعی از پشتیبانی مردم جامعه سود ببرد. مرتضوی در فقره زیر میگوید:
«غازان پیش از جلوس بر اثر تشویق های امیر نوروز... به اسلام متمایل شد و چون میخواست بر بایدو و امرای مقتدر او ظفر یابد و امیر نوروز گفته بود در صورت اسلام آوردن غازان جمیع مسلمین جانب او را خواهند گرفت و قدرت او مضاعف خواهد گردید مصلحت را نیز در قبول اسلام میدید...[20] ».
البته باید افزود که در یک چنین شرایطی وی نه تنها میتوانست از حمایت مردم مسلمان بهرهمند گردد بلکه قادر بود تا علمای مسلمان را با خود هم صدا کند و از آنها برای جنگ، فتوای جهاد بگیرد.
ب) اسلام ناب
در نقطه مقابل دیدگاه قبل، برخی دیگر از مورخین بر این اعتقادند که اسلام آوردن غازانخان بر اساس عنایت الهی و تعمق و تدبر وی در دین بودا است. رشیدالدین فضلالله از طرفداران این دیدگاه است که به ماجرای پیش آمده بین خود و غازانخان چنین اشاره میکند:
«... و ظن اکثر مردم خلق چنان بود که سبب اسلام او ترغیب و تحریض بعضی امرا و مشایخ بود، ولیکن بعد از تفحص معلوم گشت که آن ظن خطاست، چه وقتی در خلوتی با من بنده ضعیف که مؤلف این کتابم تقریر فرمود که چند گناه باشد که خدای تعالی آن را عفو نکند و از آن جمله معظم تر آن گناهی است که کسی سر به پیش بت به زمین نهد، چه قطعا آن را آمرزش نخواهد بود. مسکین مردم به جهل گرفتار شده که پیش بت سر به زمین مینهد و من نیز همچنین بودم، لیکن حق‌تعالی روشنایی و دانش داد و از آن خلاص یافتم... و دیگر آنکه در اصل اندیشه بت پرستان آن بوده که شخصی کامل بود و درگذشت، ما صورت او را جهت یادگار ساخته مینهیم و استمداد همت آن بزرگ را یاد آورده بدو التجا می‌کنیم... و از آن غافل که آن شخص در حال حیات... هرگز نخواسته و جایز نداشته که کسی پیش او سر بر زمین نهد... دیگر آنکه میباید که آدمی حقیقت داند و بلکه گرداند که بدن را هیچ اعتباری نیست...[21] ».
در این متن برخی از استدلال های غازانخان بدین شرح است: اول اینکه دست لطف و عنایت حق متعال موجب شد تا اسلام بیاورم، دوم اینکه با تحلیل رفتار بت پرستان به ایرادات آنها پی میبریم. بت پرستانی چون بوداییت تصویری از جسم یک شخص کامل را میسازند و از آن کمک میطلبند و حال آنکه این کار آنها با دو مشکل مواجه است یکی اینکه خود شخصی که تصویر او به صورت بت جلوه نموده است، هیچگاه در حال حیات اجازهی چنین کاری را نمیداد که کسی جلوی او سر بر زمین گذارد و او را بپرستد، حال چگونه است که بت پرستان بعد از مرگ وی، در مقابل مجسمه یا تصویر وی سر به سجده میگذارند؟! دیگر اینکه حقیقت انسان به روح اوست نه به جسم او و حال آنکه بت پرستان از جسم متوفی استمداد میجویند.
با توجه به قوت استدلال های غازانخان معلوم میگردد که مردم دربارهی سلطان سخت در اشتباه بودند که فکر میکردند وی تحت تأثیر اطرافیانش مسلمان شده است. نیت غازانخان از اسلام آوردن هر چه که باشد، بالاخره مسلمان شد و عدهی زیادی از مغولان نیز به همراه او اسلام آوردند.
بعد از اسلام آوردن غازانخان نزاع فرهنگی شکل دیگری به خود گرفت. اگر تا قبل از به حکومت رسیدن غازانخان جنگ فرهنگی میان «ادیان» در گرفته بود اما وقتی که وی به اسلام رسمیت بخشید، این نزاع به «جنگ مذاهب و فرق» تبدیل شد بدین معنی که مذاهب و فرقه‌های گوناگون مسلمان می‌کوشیدند تا سلطان را به مذهب خود درآورند. غازانخان که به وسیله علمای سنی دربار حنفی مذهب شده بود، تحت تأثیر برخی از عناصر شیعی به این مذهب گرایش پیدا کرد. البته خود وی علت تمایلش را چنین توضیح میدهد:
«... من منکر هیچکس نیستم و به بزرگی صحابه معترفم، لیکن چون رسول علیه الصلوة والسلام را درخواب دیدم و میان فرزندان خود و من برادری و دوستی داده، هر آینه با اهل البیت دوستی زیادت میورزم و الا معاذالله که منکر صحابه شوم[22]».
گرایش غازانخان به تشیع به گونهای بود که میخواست قبل از فتح شامات و مصر به تشیع رسمیت بخشد ولی خواجه رشیدالدین فضلالله مانع از این کار شد. وی چنین استدلال کرد که در این جنگ ما احتیاج به پشتیبانی مردم داریم و اکثر سپاهیان سنیاند و بهتر است که این کار زمانی انجام گیرد که آن نواحی فتح شده باشد. غازان با اکراه این استدلال سیاسی را پذیرفت، ولی دیگر هیچگاه موقع آن نرسید که به تشیع بازگردد. سپاهیان ایلخانی در این جنگ شکست خوردند و او چند روز پس از شنیدن خبر شکست در گذشت و کار رسمی شدن فرقه تشیع در ایران معوق ماند[23].
نمونه دیگر این کشمکش فرقهای، اولجایتو است. وی از مادری مسیحی متولد شده بود و حتی در کودکی غسل تعمید دیده بود ولی از دوران ولیعهدی تا هنگامی که بر اریکهی قدرت تکیه کرد، به مذهب حنفی دل بسته بود تا اینکه خواجه رشیدالدین فضلالله این امر را برنتافت. وی که یک شافعی تمام عیار به حساب میآمد، کوشید تا بزرگترین روحانی شافعی یعنی مولانا نظامالدین عبدالملک را وارد دستگاه قدرت کند. خواجه در اولین اقدام به وی شغل قاضی القضاتی اعطا نمود و سپس به کمک یکدیگر سعی کردند تا در حضور سلطان، جلسات بحث و مناظره برگزار نمایند تا با غلبه بر سایر فرق، سلطان را به مذهب شافعی درآورند و البته به این آرزو رسیدند.
اما این آرزو چندان دوام نیاورد. طولی نکشید که نزاع و دعوا میان حنفیان و شافعیان بالا گرفت و این اختلافات موجب گردید که خان در حقانیت این دو مذهب تردید کند. این حالت شک و دودلی سه ماه به درازا کشید تا اینکه وی به تشیع گروید. در رابطه با علل شیعه شدن وی باید به سه عامل توجه داشت:
1ـ طرمطاز امیر بزرگ مغولی

– (98)

جان اندرو بویل[5] نیز از طرفداران همین دیدگاه است[6].
ب) جهانگشایی امپراتوری چنگیزیبرخی از دیگر مورخین بر این باورند که حادثه اترار در سلسل علل و عوامل حمله مغول، بهانهای بیش محسوب نمیشود و طبیعت جهانگشایی چنگیزی علت اصلی حمله مغول به ایران به حساب می‌آید.
این گروه از مورخین میکوشند تا برای اثبات این نظریه از منابع غیر تاریخ بهره جویند. رضوی در این باره چنین استدلال میکند:
«هر چند اغلب منابع تاریخی نقش واقعه اترار را در این زمینه بسیار مهم برشمردهاند، اما میتوان با در نظر داشتن مطالب منابع غیر تاریخ نگاری نقش این واقعه را تا حد بهانه، کمرنگ جلوه داد. اشارات یک منبع غیر تاریخ نگاری که مقارن تهاجم مغول ها نوشته شده خلاف آن را اثبات میکند. شمسالدین قیس رازی در کتاب المعجم فی معاییر اشعار العجم به طور صریح اشاره میکند که از مدت ها قبل از سفر خوارزمشاه به عراق اخباری مبنی بر تهاجم مغول ها شایع بوده و در همین زمینه خود او ترجیح داده که همراه اردوی خوارزمشاهی بدان صوب سفر کند. در این زمان امپراتوری خوارزمشاهی که در طی کمتر از دو دهه به نهایت وسعت رسیده و به ویژه در ماورءالنهر و ترکستان بر رقیبان فائق آمده بود، با امپراتوری تازه تاسیس چنگیزخان هم مرز شد. امپراتوری که به جبر یا اختیار به دنبال گسترش قلمرو بود و درعین حال ثبات و انتظام لازم را نیز دارا بود[7]».
ج) اختلافات ارضی
خواجه رشیدالدین فضلالله در تحلیل عوامل شکلگیری این حمله بر اختلافات ارضی و به تبع آن منازعات سیاسی ـ اقتصادی تاکید میورزد[8].
البته این دیدگاه‌ها قابل جمعاند، بدین گونه که زمینهی حمله مغول، طبیعت جهانگشایی و اختلافات ارضی بوده است و نوع رفتار سلطان محمد خوارزمشاه موجب شکلگیری این حمله شده است.
2ـ1ـ2ـ ادوار عصر مغولبا تقسیم بندی ادوار مغول درصددیم تا محل بحث را کاملا مشخص نماییم. عصر مغول در ایران از سال 616ق. آغاز میشود و در سال 756ق. پایان میپذیرد.
این دوره صد و چهل ساله به دو دورهی کلان قابل تقسیم[9] است:
1ـ اولین تهاجم مغولان (616 ـ 651ق.)
این دوره با حمله چنگیز به ایران آغاز میشود و با حمله هولاکو به این سرزمین خاتمه مییابد. این دوره نیز خود به دو دوره قابل تقسیم است:
الف) دوره جهانگشایی (616 ـ 619ق.)
چنگیزخان در سال 616ق. به ایران حمله کرد و در سال 619ق. از ایران رفت. این دوره، دوره قتل و غارت و تخریب است فلذا نباید انتظاری از وجود علم و هنر و ادب داشته باشیم.
ب) دوره برزخ (619 ـ 651ق.)
در این مدت خانان مغول یک نفر را به عنوان حاکم به ایران میفرستادند و حکام با کمک عمال و دبیران ایرانی به جمعآوری مالیات میپرداختند و آن را در راستای آبادسازی خرابی ها و ترفیه حال مردم مصرف میکردند. در واقع این عصر، دوره بازسازی و سروسامان و تمشیت امور بود؛ بنابراین دوران مساعدی برای پیشرفت علم و هنر نبود.
آژند در رابطه با وضعیت هنری این دوره چنین میگوید:
«هجوم مغولان موجب مهاجرت هنرمندان و پیشهوران شرق ایران به غرب ایران، عراق، سوریه و آناتولی شد و این مهاجرت راه را برای تأثیرپذیری های هنری گشود و عرصه را برای شکلگیری جریان های هنری در غرب ایران هموار کرد[10]».
2ـ دومین تهاجم مغولان (651 ـ 756ق.)
دومین دوره با حملهی هولاکوخان آغاز میشود. در این دوره هولاکوخان مأمور میگردد تا سرزمین ایران را یکپارچه فتح کند و دو قسمت باقیمانده ـ اسماعیلیان نزاری و عباسیان ـ را از سر راه بردارد و آن را به سرزمین های امپراتوری مغولان منضم سازد. بنابراین دورهی مذکور با حرکت هولاکو به ایران آغاز میشود و به انجام کار انوشیروان در سال 756ق. پایان میپذیرد. این دوره نیز خود به دو دوره قابل تفکیک است:
الف) دوره طلائی (651 ـ 736ق.)
این دوره، دوران تشکیل حکومت ایلخانی است که بنیانگذار آن هولاکو است و تا مرگ ابوسعید (736) ادامه مییابد. این برهه تاریخی را میتوان عصر درخشان دوره ایلخانی به شمار آورد زیرا این دوره، با وجود حکومت بیگانگان در سرزمین ایران، از لحاظ تأسیس بنیادهای خیریه و حوزه‌های بزرگ علمی و دارالعلم های معتبر و اعزاز و اکرام و ترفیه حال علما و متصوفه و تشویق اهل حرفه و صنعت و رونق تجارت و فلاحت و عمران و آبادی بلاد و اعطای آزادی مذهبی و غیره از ادوار استثنایی و منحصر به فرد در تاریخ میهن ما محسوب میشود.
بحث دیگری که در اینجا مطرح است، این است که با توجه به اینکه هولاکو مؤسس حکومت ایلخانی به حساب میآید، وجه نامگذاری آنها به ایلخانان چیست؟
در مورد اطلاق عنوان ایلخانان بر حکام این سلسله و مفهوم ایلخانی بر این حکومت نمیتوان نظر صریحی ارائه کرد. در منابع این عصر استفاده از این مفهوم به عنوان یک اصطلاح خاص مشاهده نمیشود. به طور معمول در کنار لفظ ایلخانان الفاظ دیگری همچون قاآن، پادشاه جهان، ملک تتر و غیره به کار رفته و این حاکی از آن است که عنوان ایلخانان مفهومی عام بوده و تا اندازهای حالت تشریفاتی داشته است. جوینی، رشیدالدین فضلالله، وصّاف، و دیگر منابع این عصر به صورتی محدود این عنوان را به کار بردهاند و چندان مشخص نیست که معنای اصطلاحی خاص از آن مورد نظر داشته‌اند. به نظرمیرسد دیدگاه کسانی که ایلخان را به معنای خان تابع و وابسته و یا بر عکس وابسته خان دانستهاند صحیح تر باشد[11]. توضیح سخن اینکه تا قبل از آمدن هولاکو به ایران، حاکمان و امرای مغول به عنوان نمایندگان دربار مرکزی مغول حکمرانی میکردند. اگرچه بعد از آمدن هولاکو ـ که از شاهزادگان درجه اول مغول به حساب میآمد ـ اغلب اختیارات مرکز به وی منتقل شد ولی هنوز حکومت مغول در سرزمین ایران تابع دربار قراقروم بود به گونهای که تصمیمات مهم را خان بزرگ میگرفت. این وضعیت تا دوره غازانخان ادامه یافت تا اینکه وی ارتباط خود را با خان بزرگ قطع کرد و ایران را به یک استقلال سیاسی رسانید.
ب) دوره افول (736 - 756ق.)
در این دوره بر اثر از بین رفتن اقتدار و وحدت حکومت و وقوع خصومت و اختلاف بین امرای دربار ایلخانان و ظهور امرای خودکامه و جاه طلب و خالی ماندن عرصه مملکت از امثال مشاوران و وزرای مقتدر و مدبر و دانشمندانی چون خواجه نصیرالدین طوسی، خواجه شمسالدین محمد جوینی، خواجه رشیدالدین فضلالله و خواجه غیاثالدین محمد دنباله خدمات بزرگ و تدابیر حکیمانه آن رادمردان ایرانی مهمل ماند.
تقسیم بندی فوق همانند نقشهی راه به ما این کمک را می کند تا برای پیگیری بحث شمایلنگاری در نقاشی، فقط آن را در دوران طلائی عصر مغولی جستجو نماییم و در سایر ادوار چنین انتظاری نداشته باشیم.
2ـ1ـ3ـ شجرهنامه ایلخانان[12]
2ـ1ـ4ـ دین و مذهب ایلخاناندر رابطه با آیین دینی مغولان باید گفت که آنها شمنی بودند. این آیین از یک سو، به یگانه پرستی متمایل
بود و از سوی دیگر برای اداره امور جهان به رب النوع هایی باور داشت که هر کدام از آنها متکفل اداره بخشی از امور عالم بودند. اما به مرور زمان بخش یگانه پرستی مورد غفلت واقع شد و این رب النوع ها در قالب بت خودنمایی کردند. چیزی نگذشت که مغولان وارد سرزمین چین شدند و تحت تأثیر مردمان این سرزمین، به آیین بودا گرویدند. البته وضعیت در رابطه با ایلخانان ایران قدری متفاوت تر است. ایلخانان ایران از مذهب واحدی برخوردار نبودند بلکه برخی از آنها بودائی، برخی مسیحی و چند تن مسلمان بودند. هولاکو، اباقا، ارغون و گیخاتو بودائی بودند. بایدو کیش عیسوی داشت و در احیای آداب و سنن مسیحیت میکوشید. سلطان احمد، غازانخان، اولجایتو و ابوسعید از ایلخانان مسلمان به شمار میآیند. آنچه در رابطه با سه حاکم مسلمان ایلخانی گفتنی است، این است که آنها از همان ابتدا مسلمان نبودند بلکه در نهایت اسلام آوردند. سلطان احمد و اولجایتو ابتدا مسیحی بودند و بعدا اسلام آوردند و غازانخان ابتدا بودائی بود و سپس مسلمان شد.
مسأله اصلی در اینجا این است که چه چیز موجب اسلام آوردن حکام فوق گردید؟
قبل از پاسخ دادن به این پرسش، نباید این نکته را از قلم انداخت که هر چند سلطان احمد نخستین ایلخان مسلمان به حساب میآید ولی سابقه اسلام آوردن مغولان به قبل از آمدن هولاکوخان به ایران باز میگردد. در واقع در فاصله میان فتح ایران به دست چنگیز و آمدن هولاکو به ایران برخی از امرا و بزرگان مغولی اسلام آورده بودند. اشپولر چنین توضیح میدهد:
«ناگفته نماند، که در آن هنگام برخی از ارکان دولت، که اصلشان مغولی و یا ترک بود، اسلام را پذیرفتند بودند (از جمله برکهخان دشت قیچان)، گرگوز حاکم و سردار کهتی، که در سال 1261م. به مناسبت انعقاد قرارداد صلح با فرمانروایان ماردین به اسلام گروید[13]».
البته اسلام آوردن مغولان محدود به دورهی فوق نمیگردد چرا که پس از حمله هولاکو نیز شماری از درباریان به اسلام روی آوردند. به عنوان نمونه دختر سوم اباقا خان اسلام آورد علیرغم آنکه پدرش، به فرهنگ بودائی دلبستگی داشت[14].
بنابراین میتوان این پرسش را در سطحی کلان تر مطرح کرد که چه عاملی موجب شد تا حکام و درباریان ایلخان، اسلام آوردند؟
هدف از نقل این مطالب این بود که اولا معلوم گردد که از قبل، زمینه برای اسلام آوردن حکام ایلخانی وجود داشته است بنابراین آنها اولین مسلمانان مغولی به حساب نمیآیند و ثانیا با ملاحظهی همین مطالب است که میتوان به چرایی ماجرا پی برد. این حوادث نشانگر آن است که یکی از عوامل مؤثر در اسلام آوردن مغولان در این نکته خلاصه میگردد که تعصب مذهبی خاصی نسبت به آیین اجدادی خود ـ شمنی ـ نداشتند و حتی قبل از اسلام به بودائیت و مسیحیت در آمده بودند. علت بیتعصبی آنها نسبت به آیین مغولی چیزی جز ضعف آیین مغولی نیست. این آیین به خرافات فراوانی دچار گشته بود و دیگر تاب مقاومت در برابر ادیان بزرگ را نداشت. مرتضوی در توصیف وضعیت این دوره میگوید:
«یکی از مشخصات دوره ایلخانی نبودن تعصبات شدید مذهبی در این دوره و آزادی مذهب و دین است... پادشاهان و امرای ایلخانی عقیده ثابت و خاصی درباره مذهب و دین نداشتند یعنی از یک طرف چون دین اجدادی خود را در برابر ادیان اسلام و مسیحیت ضعیف میدیدند عقیده خود را نسبت به دین اجدادی از دست داده بودند...[15] ».
دومین عاملی که میتوان از آن یاد کرد نقشی است که علما و بزرگان مسلمان در این باره ایفا کردند. پیروان ادیان بزرگ به ضعف آیین مغولی پی برده بودند و دریافته بودند که باید تمام نیروی خود را بکار بندند تا مغولان را به سمت دین خود متمایل سازند و در این راستا بزرگان و علمای مسلمان ساکت و آرام ننشستند. بزرگانی چون خواجه نصیرالدین طوسی و شمسالدین محمد جوینی و غیره کوشیدند تا در موجودیت ایران اسلامی را حفظ کنند. به بیان دیگر، به همان میزان که مسیحیان در مسیحی کردن شاهزادگان مغول میکوشیدند، مسلمانان نیز در تلاش بودند تا شماری از آنها را به اسلام دعوت کنند.[16]
در تأیید و تقویت این عامل به ذکر دو نمونه بسنده میکنیم: شیخ عبدالرحمن رافعی شخصیت مهمی بود که نقش به سزائی در اسلام آوردن سلطان احمد ایفا نمود، و شیخ صدرالدین ابراهیم و امیر نوروز باعث اسلام آوردن غازانخان شدهاند.
برخی از منابع تاریخی در رابطه با مقام و موقعیت رافعی چنین نگاشتهاند:
«سلطان احمد... شیخ کمالالدین عبدالرحمن رافعی را نیز به سمت تولیت و شیخ الاسلامی کل ممالک ایران و عراق نامزد نمود و تمام اوقاف ممالک خود را تحت امر او قرار داد تا آنها را به مصرف شرعی برساند. رافعی... آنچه از دستش برآمد در تقویت اسلام و بالابردن عزت و احترام مسلمین و علما و ائمه بکوشید و مواجب و مستمریات عیسویان و یهود را از دفاتر ایلخانی حذف کرد... و معابد و کلیساها را به مساجد مبدل ساخت...[17] ».
بنابراین بیراهه نیست اگر ادعا کنیم که نوعی ستیز فرهنگی بین سه دین اسلام، مسیحیت و بودائیت در جریان بوده است. پر واضح است که غلبه هر کدام از ادیان مذکور، این پتانسیل را فراهم میآورد تا اثر هنری مربوط به آن دین شکل گیرد.
اما اگر بخواهیم اسلام آوردن حکام را در سطح خرد بررسی کنیم باید بگوییم که برخی از تاریخ نگاران بر این باورند که علت اسلام آوردن سلطان احمد، انگیزه سیاسی است. توضیح سخن اینکه مغولان براساس سیاست جهانگیری که در سر داشتند، درصدد بودند تا سرزمین های غربی اسلام یعنی مصر و شام را نیز به تصرف خود درآورند ولی سلاطین مصر اجازه چنین پیشروی را به آنها ندادند. اگر چه هولاکو و اباقاخان لشکرکشی هایی به سمت مصر و شام گسیل داشتند ولی با شکست مواجه شده بودند. ثمره این تهاجمات این شده بود که نوعی کینه و خصومت عمیق میان سلاطین مغول و مملوکیان مصر به وجود آمده بود. تکودار[18] وقتی به قدرت رسید بلافاصله اسلام آورد تا با این کار خیال خود را از جهت دشمن خارجی راحت کند. به دیگر بیان، وی سیاست صلح را در پیش گرفت تا موجب کاهش نزاع بین طرفین گردد اما غافل از اینکه این سیاست خارجی میتواند دشمنان جدیدی را در داخل برای او به وجود آورد[19].
در رابطه با اسلام آوردن غازانخان دیدگاه‌های مختلفی توسط مورخین ارائه شده است که در ذیل به آنها اشاره میکنیم:
الف) اسلام مصلحتی
از آنجا که غازانخان یک بودائی بود، بنابراین در نظر مردم ایران یک کافر به حساب میآمد. وی پیش از آن که به قدرت برسد، اسلام آورد تا با یک تیر چند نشان را هدف گیرد. مسألهای که همواره ایلخانان پیشین با آن دست و پنجه نرم میکردند این بود که آنها از تأییدات داخلی برخوردار نبودند چرا که آنها یا بودائی و یا مسیحی بودند و حال آنکه مردم ایران به اسلام گرایش داشتند. بنابراین اسلام آوردن غازانخان نه تنها میتوانست بحران مشروعیت را در داخل حل کند، بلکه این امکان را فراهم میکرد تا سریعتر به قدرت برسد چرا که از حمایت رعایای مسلمان برخوردار میگشت و از طرف دیگر، میتوانست در روابط خارجی حربه «جهاد با کفار مغول» را از دست مملوکیان مصر بستاند و رابطه خود را با آنها بهبود بخشد و حتی در صورت هر گونه نزاعی از پشتیبانی مردم جامعه سود ببرد. مرتضوی در فقره زیر میگوید:
«غازان پیش از جلوس بر اثر تشویق های امیر نوروز... به اسلام متمایل شد و چون میخواست بر بایدو و امرای مقتدر او ظفر یابد و امیر نوروز گفته بود در صورت اسلام آوردن غازان جمیع مسلمین جانب او را خواهند گرفت و قدرت او مضاعف خواهد گردید مصلحت را نیز در قبول اسلام میدید...[20] ».
البته باید افزود که در یک چنین شرایطی وی نه تنها میتوانست از حمایت مردم مسلمان بهرهمند گردد بلکه قادر بود تا علمای مسلمان را با خود هم صدا کند و از آنها برای جنگ، فتوای جهاد بگیرد.
ب) اسلام ناب
در نقطه مقابل دیدگاه قبل، برخی دیگر از مورخین بر این اعتقادند که اسلام آوردن غازانخان بر اساس عنایت الهی و تعمق و تدبر وی در دین بودا است. رشیدالدین فضلالله از طرفداران این دیدگاه است که به ماجرای پیش آمده بین خود و غازانخان چنین اشاره میکند:
«... و ظن اکثر مردم خلق چنان بود که سبب اسلام او ترغیب و تحریض بعضی امرا و مشایخ بود، ولیکن بعد از تفحص معلوم گشت که آن ظن خطاست، چه وقتی در خلوتی با من بنده ضعیف که مؤلف این کتابم تقریر فرمود که چند گناه باشد که خدای تعالی آن را عفو نکند و از آن جمله معظم تر آن گناهی است که کسی سر به پیش بت به زمین نهد، چه قطعا آن را آمرزش نخواهد بود. مسکین مردم به جهل گرفتار شده که پیش بت سر به زمین مینهد و من نیز همچنین بودم، لیکن حق‌تعالی روشنایی و دانش داد و از آن خلاص یافتم... و دیگر آنکه در اصل اندیشه بت پرستان آن بوده که شخصی کامل بود و درگذشت، ما صورت او را جهت یادگار ساخته مینهیم و استمداد همت آن بزرگ را یاد آورده بدو التجا می‌کنیم... و از آن غافل که آن شخص در حال حیات... هرگز نخواسته و جایز نداشته که کسی پیش او سر بر زمین نهد... دیگر آنکه میباید که آدمی حقیقت داند و بلکه گرداند که بدن را هیچ اعتباری نیست...[21] ».
در این متن برخی از استدلال های غازانخان بدین شرح است: اول اینکه دست لطف و عنایت حق متعال موجب شد تا اسلام بیاورم، دوم اینکه با تحلیل رفتار بت پرستان به ایرادات آنها پی میبریم. بت پرستانی چون بوداییت تصویری از جسم یک شخص کامل را میسازند و از آن کمک میطلبند و حال آنکه این کار آنها با دو مشکل مواجه است یکی اینکه خود شخصی که تصویر او به صورت بت جلوه نموده است، هیچگاه در حال حیات اجازهی چنین کاری را نمیداد که کسی جلوی او سر بر زمین گذارد و او را بپرستد، حال چگونه است که بت پرستان بعد از مرگ وی، در مقابل مجسمه یا تصویر وی سر به سجده میگذارند؟! دیگر اینکه حقیقت انسان به روح اوست نه به جسم او و حال آنکه بت پرستان از جسم متوفی استمداد میجویند.
با توجه به قوت استدلال های غازانخان معلوم میگردد که مردم دربارهی سلطان سخت در اشتباه بودند که فکر میکردند وی تحت تأثیر اطرافیانش مسلمان شده است. نیت غازانخان از اسلام آوردن هر چه که باشد، بالاخره مسلمان شد و عدهی زیادی از مغولان نیز به همراه او اسلام آوردند.
بعد از اسلام آوردن غازانخان نزاع فرهنگی شکل دیگری به خود گرفت. اگر تا قبل از به حکومت رسیدن غازانخان جنگ فرهنگی میان «ادیان» در گرفته بود اما وقتی که وی به اسلام رسمیت بخشید، این نزاع به «جنگ مذاهب و فرق» تبدیل شد بدین معنی که مذاهب و فرقه‌های گوناگون مسلمان می‌کوشیدند تا سلطان را به مذهب خود درآورند. غازانخان که به وسیله علمای سنی دربار حنفی مذهب شده بود، تحت تأثیر برخی از عناصر شیعی به این مذهب گرایش پیدا کرد. البته خود وی علت تمایلش را چنین توضیح میدهد:
«... من منکر هیچکس نیستم و به بزرگی صحابه معترفم، لیکن چون رسول علیه الصلوة والسلام را درخواب دیدم و میان فرزندان خود و من برادری و دوستی داده، هر آینه با اهل البیت دوستی زیادت میورزم و الا معاذالله که منکر صحابه شوم[22]».
گرایش غازانخان به تشیع به گونهای بود که میخواست قبل از فتح شامات و مصر به تشیع رسمیت بخشد ولی خواجه رشیدالدین فضلالله مانع از این کار شد. وی چنین استدلال کرد که در این جنگ ما احتیاج به پشتیبانی مردم داریم و اکثر سپاهیان سنیاند و بهتر است که این کار زمانی انجام گیرد که آن نواحی فتح شده باشد. غازان با اکراه این استدلال سیاسی را پذیرفت، ولی دیگر هیچگاه موقع آن نرسید که به تشیع بازگردد. سپاهیان ایلخانی در این جنگ شکست خوردند و او چند روز پس از شنیدن خبر شکست در گذشت و کار رسمی شدن فرقه تشیع در ایران معوق ماند[23].
نمونه دیگر این کشمکش فرقهای، اولجایتو است. وی از مادری مسیحی متولد شده بود و حتی در کودکی غسل تعمید دیده بود ولی از دوران ولیعهدی تا هنگامی که بر اریکهی قدرت تکیه کرد، به مذهب حنفی دل بسته بود تا اینکه خواجه رشیدالدین فضلالله این امر را برنتافت. وی که یک شافعی تمام عیار به حساب میآمد، کوشید تا بزرگترین روحانی شافعی یعنی مولانا نظامالدین عبدالملک را وارد دستگاه قدرت کند. خواجه در اولین اقدام به وی شغل قاضی القضاتی اعطا نمود و سپس به کمک یکدیگر سعی کردند تا در حضور سلطان، جلسات بحث و مناظره برگزار نمایند تا با غلبه بر سایر فرق، سلطان را به مذهب شافعی درآورند و البته به این آرزو رسیدند.
اما این آرزو چندان دوام نیاورد. طولی نکشید که نزاع و دعوا میان حنفیان و شافعیان بالا گرفت و این اختلافات موجب گردید که خان در حقانیت این دو مذهب تردید کند. این حالت شک و دودلی سه ماه به درازا کشید تا اینکه وی به تشیع گروید. در رابطه با علل شیعه شدن وی باید به سه عامل توجه داشت:
1ـ طرمطاز امیر بزرگ مغولی
از آنجا که غازانخان برادر اولجایتو، به تشیع گرایش پیدا کرده بود طرمطاز کوشید تا از دلبستگی های وی در نزد سلطان، پرده برداری کند و او را نسبت به تشیع ترغیب کند. تاریخ اولجایتو ماجرا را چنین نقل میکند:
«در اثنای این تحیر و تردد امیر ترمناس میگوید: ای پادشاه عالم، هیچ شک و شبهتی نیست که برادر تو غازانخان اعقل و اکمل پادشاهان و خردمندان بود. چون در جمله مذاهب اسلامی نظر کرد مذهب شیعه بر همه اختیار کرد که از جمله نقایص و قبایح پاک است. پادشاه پرسید که مذهب شیعه کدام است؟ گفت آنکه به رفض مشهور و مذکور است[24]».
ابتدا پادشاه از قبول تشیع سرباز زد ولی طرمطاز از فرصت استفاده میکند و چنین میگوید:
«ای پادشاه در دین اسلام کسی رافضی باشد که در یاساق مغول بعد از چنگیز خان، اورق او را قائم مقام او میداند و مذهب سنت این که امیری را به جای او سزاوار میداند. از این مطارحه در خاطر مبارک پادشاه دغدغه و در ضمیر منیر زحزحه تردد افتاد و میلان صادق (سلایق؟) و باعث شد...[25] ».
در واقع استدلال وی این بود که مذهب تشیع نزدیکترین مذهب به آیین چنگیزی است زیرا همان گونه که مشروعیت یک حکومت ایلخانی بر این مبنا است که خان از ارتباط نسبی با چنگیز برخوردار باشد، در تشیع نیز انتقال قدرت بر اساس وراثت شرعی صورت میگیرد. همین مشابهت امامت تشیع با حکومت توارثی ایلخانان زمینه را برای تشیع وی فراهم آورد. بر مبنای اندیشه سیاسی شیعی، اولجایتو میتوانست بعد از مرگش قدرت را به طور مسالمتآمیز به فرزندش ابوسعید منتقل کند و حال آنکه دیدگاه اهل سنت چیز دیگری بود. براساس این دیدگاه، هر امیری که ادعای حاکمیت میکرد و پیروزی نصیب وی میشد میتوانست بر کرسی قدرت تکیه زند.
2ـ سید تاج الدین آوجی
وی روحانی معروفی بود که به دربار راه یافته بود و پیوسته تلاش میکرد تا سلطان را به جانب تشیع سوق دهد. ابوالقاسم کاشانی در ادامه نقل فوق چنین میافزاید:
«در اثنای این حالات سید تاج الدین آوجی که از جمله اخلاط این معجون بود با جمعی از ائمه شیعه به شرف بندگی پادشاه جهان پناه رسید و به اتفاق او را بر رفض تحریض مینمود و ترغیب مینمودند[26]».
3ـ علامه حلی
یکی دیگر از عوامل مؤثر در تشیع سلطان، شیخ جمالالدین حسن بن مطهر حلی است. وقتی زمستان 709ق. فرا رسید سلطان به بغداد رفت و شیعیان از این فرصت نهایت استفاده را نمودند. آنها نه تنها او را به زیارت اماکن مقدسه واداشتند بلکه بزرگترین دانشمند شیعه را به حضورش بردند. در اثر همین ملاقات، سلطان به تشیع گروید و خطبه به نام دوازده امام خواند و نام آنان را بر سکه زد و در مدارس فقه شیعی تدریس گردید[27]. اولجایتو از علامه دعوت به عمل آورد تا به سلطانیه بیاید و کرسی تدریس فقه شیعی را در آنجا به پا کند و البته این درخواست با موافقت علامه همراه گردید. علامه با ورود به سلطانیه، نه تنها به تدریس فقه شیعی اشتغال یافت بلکه به بحث و مناظره با بزرگان سائر مذاهب پرداخت.
بنابراین به طور خلاصه میتوان گفت که صاحب منصبان و علمای شیعه مهمترین نقش را در گرایش اولجایتو به تشیع داشتهاند. نکتهای که در پایان این بحث باید به آن اشاره کرد این است که تاریخ نگاران در رابطه با بقای وی بر تشیع اختلاف نظر دارند. ابنبطوطه[28] در این باره چنین توضیح میدهد که وقتی اولجایتو دستور داد تا اسامی خلفا از خطبه‌ها حذف گردد و فقط اسم علی و پیروان او در خطبه‌ها ذکر شود، مردم شهرهای بغداد، اصفهان و شیراز این فرمان را برنتافتند و دست به شورش زدند و همین امر باعث شد تا سلطان از تشیع رویگردان شود.
با مرگ اولجایتو، فرزند دوازده سالهاش ابوسعید بهادرخان بر تخت قدرت تکیه زد. از آنجا که سلطان سن و سالی نداشت امیر چوپان ادارهی امور را بر عهده گرفت. در رابطه با مذهب وی باید گفت که تشیع را ترک کرد و به تسنن گروید[29] و علت این امر آن است که در آغاز حکومت وی اهل سنت میدانداری میکردند و وی تحت تأثیر ایشان بود.
2ـ1ـ5ـ روابط خارجی ایلخاناندر اوائل قرن هفتم هجری بود که مغولان به فرماندهی قوبلای قاآن به چین یورش بردند و سلسلهی خاندان یوآن را بنا نهادند. مغولان همچنین به ایران حمله کردند و با براندازی خوارزمشاهیان، سلسلهی ایلخانی را به پا داشتند. بدین گونه بود که مغولان توانستند امپراتوری پهناوری را در آسیا به وجود آورند و دو کشور ایران و چین را به یکدیگر نزدیک سازند. اگر چه پادشاهان سلسلهی ایلخانی به سرعت تحت تأثیر فرهنگ ایرانی قرار گرفتند ولی هیچگاه رابطهی خود را با مغول های چین قطع نکردند. البته این پیوند میان ایلخانان و سلسله یوآن صرفا نتیجه خویشاوندی و هم نژادی آنها نبود بلکه تجارت میان این دو کشور نیز نقش مهمی را ایفا میکرد. در اثر همین مراودات و مناسبات بود که هنرمندان و صنعتگران چینی وارد خاک ایران شدند و فرهنگ و تمدن چین را به همراه آوردند[30]. هجوم مغولان منحصر به ایران و چین نماند بلکه آنها به اروپای شرقی نیز یورش بردند و صدمات هولناکی را وارد ساختند. اساسا روابط مغول با مسیحیان را میتوان به سه دوره مشخص تقسیم کرد:
1ـ دورهی وحشت و نفرت: این دوره با حملهی مغولان به اروپا (639ق.) آغاز میشود و تا جلوس گیوکخان (644ق.) ادامه مییابد.
2ـ دورهی روابط عادی: این دوره با جلوس گیوکخان آغاز میشود و تا تأسیس دولت ایلخانان ادامه مییابد. در واقع تمایل گیوک به مسیحیت موجب شد تا در این دوره رابطه مغولان و اروپائیان بهتر گردد. در این دوره نمایندگان و هیأت های مسیحی عازم دربار قراقروم و ایران میشوند ولی هنوز روابط دوستانهی مشخصی بین دربارهای اروپا و دربار قراقروم برقرار نشده است بلکه سرنوشت مأموریت فرستادگان مسیحی بستگی به اوضاع و احوال و تصادفات دارد.
3ـ دورهی روابط دوستانه و تمایل به اتحاد: این دوره با تأسیس حکومت ایلخانان آغاز میشود و مهمترین انگیزه برای این رابطه مسأله مصر و شام است. در حقیقت وجود منفعت مشترک میان طرفین موجب گردید تا آنها را به متحدین جدید تبدیل نماید. مغولان برای تحقق اندیشه جهانگشایی، سودای دستیابی به مصر و شام را در سر میپروراندند که با مقاومت و شکست مواجه شده بودند و از سوی دیگر، مسیحیان نیز کینه شکست های مربوط به جنگ های صلیبی را در دل داشتند. بنابراین درد مشترک میتوانست رابطه بین ایران و اروپا را بیش از پیش بهبود بخشد. این دوره سوم خود به دو بخش قابل تقسیم است:
الف) از زمان هولاکوخان تا جلوس غازانخان
در این دوره نفوذ مسیحیت در دربار مغول (اعم از دربار قراقروم و دربار ایران) بیش از اسلام است و اقلیت های مسیحی از امتیازات ویژهای برخوردارند. در این دوره، اباقاخان بیش از دیگر ایلخانان به مسیحیان تعلق خاطر داشت زیرا وی در دامن دوقوز خاتون مسیحی تربیت یافته بود و با مریم دختر امپراتور روم شرقی ازدواج کرده بود. اساس سیاست اباقاخان جلب حمایت مسیحیان و دشمنی با اسلام و مسلمین بود و نتیجه این سیاست آن شد که چشم امید مسلمانان ایران به مقاومت مردم مصر و شام دوخته شود.
ب) از دوره غازانخان به بعد
اگر چه در این دوره روابط ایران و اروپا دوستانه باقی ماند ولی با توجه به مسلمان شدن ایلخانان، مناسبات میان طرفین تا حدودی رو به سردی گروید و مسیحیان، دیگر آن نفوذ و بُرش سابق را در دربار نداشتند. به طور کلی میتوان گفت اگر چه رابطهی اباقاخان با دول مسیحی جنبه سیاسی و گرایش ضد اسلامی داشت ولی رابطه غازان خان با دول مسیحی براساس تشریفات و گرایشات ضد مصری بود[31]. با توجه به آنچه گذشت به سادگی میتوان به نحوهی ورود هنر مسیحی در ایران عصر ایلخانی پی برد.
2ـ1ـ6ـ فقه و تصوف در جامعه ایلخانیدر دورهی ایلخانان تصوف در تمامی جهان اسلام اوج گرفت و خانقاه‌های کثیری پدید آمد. غازانخان، اولجایتو و سلطان ابوسعید نیز به تصوف تمایل نشان دادند و آنها را مورد حمایت خود قرار دادند. در این میان، وزرای ایلخانی، به ویژه خواجه رشیدالدین و پسرش از این قاعده مستثنی نبودند. اما در اینجا سئوالات متعددی قابل پرسش است از جمله اینکه چه عواملی موجب شدند تا تصوف این گونه پا بگیرد؟
در رابطه با علل شکوفائی تصوف در این عصر میتوان به عوامل متعددی اشاره کرد:
1ـ اختلافات مذهبی: نزاع های مذهبی به خصوص شافعی و حنفی و اشعری و معتزلی، همه را از بحث و مناظره و عقلگرائی خسته کرده، به اندیشه‌های عارفانه و صوفیانه کشانید[32].
2ـ شکست در برابر یک دشمن نیرومند خارجی به نام مغول، توان مادی و معنوی مردم را سلب نمود و دگرگونی بنیادینی در زندگی اجتماعی ـ اقتصادی آنان پدید آورد. وقتی مردم از مغول شکست خوردند و دچار نوعی سرخوردگی اجتماعی و اقتصادی شدند، عرفان و تصوف مأمن مناسبی برای رهایی از تمام گرفتاری ها بود.
3ـ رخنهی فرهنگ شمنی: مغولان با فرهنگ دینی خاص خود که بر خرافات متکی بود، به ایران سرازیر شده بودند. هر فرد مغولی در اختیار یک روحانی ـ ساحر شمنی قرار داشت تا از جسم و جان وی محافظت کند و این روحانی با عملیات ساحرانهی خود و تماس با ارواح و شیاطین این مهم را بر عهده گرفته بود. یک مغول به شدت از فرد روحانی و خشم و تأثیرات وی بیمناک بود و این هیبت خرافی اینک به «پیر» منتقل گشته بود که با ارواح و اجنه سروکار داشت، عملیات خارقالعاده میکرد و کراماتش عملیات ساحرانه قامان شمنی را به یاد میآورد و خشم و سخطش افراد را بر خود میلرزانید .
4ـ نفوذ دین بودائی
پس از آنکه بودائیان توانستند برخی از سلاطین ایلخانی و همچنین شماری از شاهزادگان، خاتون ها و فئودال های ایلی را به آیین خود بگروانند، امور دربار و حکومت را در دست خود گرفتند. چیزی نگذشت که نفوذ بودائیان در سراسر مملکت گسترده شد و حتی به خانقاه نیز راه یافت.
با توجه به این مطالب درمییابیم که در این دوره، تصوف در همهی وجوه و شئون اجتماعی مردم رخنه کرده بود اما نیروی اجتماعی دیگری که باید از آن سخن راند، فقها هستند. از آنجا که در جامعهی ایلخانی غلبه با اهل سنت بود، ابتدا باید به بررسی وضعیت فقه اهل سنت پرداخت و سپس فقه شیعه را مورد تحقیق قرار داد.
در این دوره اجتهاد فقهای اهل سنت به نهایت ضعف خود رسید و تمام امتیازات مثبت دورهی قبل از خود را از دست داد؛ شرایط به گونهای بود که گویی اهل سنت حق اجتهاد و اظهار نظر را از خود سلب کردند و حتی به درک و فهم کتب گذشتگان ـ به ویژه پیشوایان ـ عنایتی نداشتند. اگر چه در نیمهی اول این دوره کتب وسیع و سودمندی تألیف شد اما صرفا گردآوری آراء و نظرات پیشوایان فقه بود که حداکثر، ادله نظرات هم به آن ضمیمه شده بود. به طور خلاصه باید گفت که در فقه اهل سنت خبری از اجتهاد و تحقیق نیست و احیانا به تلخیصات و اختصاراتی برمیخوریم که چه بسا مخل هستند[33].
اما فقه شیعه وضعیتی کاملا متفاوت داشت. در این عصر فقه امامیه در عراق و بیش از همه در شهر حله متمرکز بود و از آنجا به ایران منتقل میگردید. شاید علت این امر در این باشد که پس از اینکه بغداد مرکزیت خود را از دست داد، گروهی از اهل حله برای گرفتن امان نزد هولاکو رفتند و وقتی هولاکو به راستگویی آنها پی برد، اهل این شهر را امان داد؛ لذا در ظل این امان جلسات بحث و تدریس فقه دایر شد[34].
فقه شیعه در این عصر تحت تأثیر دانش اصول فقه قرار گرفت و بیش از پیش استدلالی و عقلی گردید. این روند عقلگرائی در فقه دو نتیجهی مهم را به همراه داشت: اول اینکه فقها با تکیه بر عقل، از روایات و احادیث فاصله گرفتند[35] و دوم اینکه، استنباطگرائی موجب شد تا آرا و نظریات شیخ طوسی مورد انتقاد واقع شود و زمینه برای اجتهاد مجدد فراهم آید. شیخ از فقهای نامدار قرن پنجم بود که عظمت علمی او باعث شد تا به مدت یک قرن دانشمندان جرأت ابراز نظر را از خود بگیرند ولی ابنادریس که از نیروی استنباط قوی برخوردار بود شجاعت به خرج داد و نظریات وی را مورد بازبینی قرار داد و بستر را برای عالمان دیگری چون محقق حلی، علامه حلی و فخرالمحققین فراهم ساخت[36]. بنابراین نگارش کتب حدیثی کاهش یافت و اجتهاد جانی تازه به خود گرفت. در ادامه باید دید که آیا این تغییر متد، در حکم فقهی نگارگری هم تأثیری گذاشت؟
2ـ1ـ7ـ زوال حکومت ایلخانیبا کشته شدن ابوسعید، آخرین پادشاه قدرتمند ایلخان، انحطاط دولت ایلخانی به سرعت آغاز شد. ابوسعید فرزند پسر نداشت و شاهزادهی لایقی هم برای به دست گرفتن سلطنت در نزدیکان وی وجود نداشت. بنابراین در طی دو دهه، چنان تحولات سریعی در منصب شاهی ایلخانان صورت گرفت که میتوان آن را با سال های پایانی همه دولت های بزرگ رو به زوال مقایسه کرد[37].
خلاصه وقایع و حوادث از این قرار است:
غیاثالدین محمد که منصب وزارت ایلخانان را بر عهده داشت، کوشید تا یکی از نوادگان هولاکو به نام اریاگون را به قدرت برساند ولی اختلافات خانوادگی موجب شد تا عدهای از ایلخانان، نواده بایدوخان یعنی موسیخان را به شاهی برگزینند. درگیری بین این دو گروه منجر به شکست ارپاگون گردید و بعد از چند روز، غیاثالدین محمد به قتل رسید.
البته عمر حکومت موسیخان تنها دو ماه بود زیرا حاکم روم که شیخ حسن ایلکانی نام داشت، شاهزادهای به نام محمدخان را به تخت نشاند. چیزی نگذشت که میان شیخ حسن ایلکانی و فردی به نام شیخ حسن کوچک درگیری پیش آمد. ایلکانی در این درگیری شکست خورد و به بغداد رفت و سلسلهی آلجلایر را بنا کرد. حسن کوچک هم تلاش کرد تا دختر ابوسعید را بر تحت سلطنت بنشاند. این زن نیز مدت کوتاهی سلطنت کرد.
شیخ حسن کوچک به دست همسرش به قتل رسید و پسر عموی او ملک اشرف به عنوان دومین امیر چوپانی جانشین وی شد. ملک اشرف، شخصی به نام انوشیروان عادل را بر سر کار آورد ولی دیری نپایید که انوشیروان ناپدید گردید بدون آنکه کسی از سرنوشت وی باخبر گردد. بدین گونه بود که حکومت ایلخانی به سال 756ق. کاملا مضمحل گردید[38].
بخش دوم: بررسی وضعیت نگاگری در دوره ایلخانی2ـ2ـ1ـ پیشینه هنر کتابآرایی2ـ2ـ1ـ1ـ کتابآرایی در ایران قبل از اسلامبراي بررسي نقاشي ايران در عصر ایلخانان بايد يك نكته را در نظر داشته باشیم و آن اینکه نقاشي تا قرن ها در خدمت هنر كتابآرايي بود و از حدود قرن دهم هجري به صورت هنری مستقل مطرح گردید.

تقليل نقش مخرب مداخلات توسعه اي در سطح اراضي واقع در محدوده طرح
ايجاد بسترهاي لازم جهت حفاظت و صيانت پايدار از منابع طبيعي توسط مردم
ايجاد بسترهاي لازم جهت حظور مديريت شده مردم در اراضي ملي و طبيعي به منظور جلوگيري از روند تخريب ارزشهاي زيست محيطي منطقه
توسعه فضاهاي سبز اعم از جنگل كاري، درختكاري و ... و نيز فضاهاي آبي اعم از مسيرهاي آبي، بركه ها و آبگيرها، در جهت تلطيف هوا و ارتقاء شاخص هاي زيست محيطي محدوده بستر طرح
1-2-3-2 اهداف عملكردي
هدف كلان عملكردي اين پروژه، ارائه يك برنامه فيزيكي عملكردي بهينه براي اراضي بستر طرح، در نسبت با قابليت ها و محدوديت هاي منطقه، در جهت ايجاد يك دهکده گردشگري به منظور رفع نيازها و كمبودهاي موجود در حوزه هاي تفريحي - فراغتي و اكوتوريستي مي باشد كه از طريق اهداف عملياتي ذيل قابل حصول خواهد بود
تجزيه و تحليل وضعيت موجود عملكردي سايت و ارتباطات و تعاملات آن با عملكردهاي همجوار وشاخص منطقه
ارتقاء سطح كيفي و كمي عملكرد سايت در نسبت با قابلیت ها و محدوديت هاي آن و در نسبت و تعامل با ساير فضاها و عملكردهاي تفريحي، فراغتي و ورزشي موجود در سطح استان
ايجاد مناظر و مراياي مناسب و شايسته در حاشيه رودخانه هراز
ايجاد مركز جديد فعاليت هاي تفريحي - فراغتي در استان مازندران ، با توجه به كمبود هاي موجود
پاسخگويي به نيازهاي تفريحي - فراغتي در سطح استان، از طريق استقرار عملكردهاي مورد نياز در مقياس مناسب
1-2-3-3 اهداف اجتماعي، فرهنگي و اقتصادي
هدف اجتماعي، فرهنگي و اقتصادي اين طراحی، یک نظام بهينه اجتماعي، فرهنگي و اقتصادي متناسب با منطقه طرح و سايت پروژه، در نسبت با ساختار جمعيتي و موقعيت اجتماعي و اقتصادي بهره برداران از مجموعه و كاهش ناهنجاري ها و ارتقاء هنجارهاي اجتماعي درسطوح داخلي و خارجي مرتبط با سايت پروژه و نيز ايجاد فرصت هاي اقتصادي و شغلي جديد مي باشد، به نحوي كه متضمن بازخوردهاي اقتصادي مثبت براي جامعه طرح نيز باشد. اين امر از طريق اهداف عملياتي ذيل پيگيري خواهد شد:
پالايش روحي و رواني بهره برداران منطقه حوزه نفوذ طرح، از طريق ايجاد فضايي شاد و مفرح بر اساس یک طراحی مناسب
ايجاد فرصت هاي شغلي و اقتصادي جديد در جهت ارتقاء توان اقتصادي ساكنان منطقه با جذب توریست در کنار اشتغال زایی برای افراد منطقه و طراحی بازارچه های محلی
پاسخگويي به نيازهاي تفريحي- فراغتي مراجعان در جهت بازيابي قواي جسمي، ذهني و روحي با طراحی فضاهای سرگرم کننده
ارتقاء كيفيات و شاخص هاي كنترلي - امنيتي و كاهش ناهنجاري ها و بزه هاي اجتماعي درسطوح دروني سايت
ايجاد زمينه هاي اجتماعي و فرهنگي لازم به منظور جلوگيري از تخريب محيط زیست و فضاي بكر و طبيعي محدوده پروژه واهمیت عبور رودخانه از قلب شهر با پررنگ سازی اهمیت و نقش حیاتی آب در زندگی انسان با ترکیب آب و معماری
برای رسیدن به هدف اصلی (طراحی دهکده گردشگری) با توجه به اهداف فرعی(برنامه فیزیکی، مطالعات اقلیمی، بررسی پارامترهای تاثیرگذار و ...) باید گام برداشت . به نحوي كه ، بتواند به ايفاي نقش تفريحي - فراغتي با ملاحظات زيست محيطي، عملكردي و زيبائي شناختي، در جهت گذران اوقات فراغت و با هدف ارتقاء ابعاد روحي، جسمي و ذهني جمعيت بهره گير از آن و نيز حفظ و صيانت از فضاهاي بكر و طبيعي ، بپردازد.
1-2-4 پيشينه تحقيق يا ادبيات مربوطه
سابقه پردیس های ایرانی را می بایست در دوران باستان جستجو نمود در عین حال باغ شهرهایی که در دوره صفویه در ایران و بخصوص در اصفهان ایجاد شد را الهام بخش "ابنزرهاوارد" واضع تئوری باغ شهرها دانست. مشخصا از دهه 1350احداث پارک ها و باغ به سبک کشورهای اروپایی در ایران باب شد. (ابراهیم زاده، 2:1387)
آغاز توجه به فضای سبز درون شهری در غرب را در معنا و مفهوم دوران جدید صنعتی بایستی در عصر انقلاب صنعتی و دگرگونی های ناشی از آن در ابعاد سیاسی اقتصادی اجتماعی و فرهنگی جستجو کرد. (ابراهیم زاده، 3:1387) آسایش و ایجاد شرایط لازم برای یک زندگی مطلوب همواره هدف انسان بوده است تغییرات انجام شده در روی کره زمین بدست بشر و به منظور ایجاد آسایش و رفاه انسان صورت گرفته است. در ابتدا زندگی شهری با بکارگیری شیوه های سنتی برای ادامه زندگی در کنار طبیعت آغاز شد ولی با صنعتی شدن جوامع شهر نشین بطور قابل ملاحظه ای گسترش و تغییر شکل یافتند گسترش روز افزون صنعت منجر به دخل و تصرف در طبیعت و تخریب امکانات و منابع طبیعی معادن انرژی های طبیعی و جنگل ها شد، اکنون می باید در پی ایجاد شرایطی در جهت هماهنگی با محیط زیست و بوجود آوردن محیط زیستی پایدار بود. (ره شهر، 6:1382)
1-3 فرضیات و سوالات تحقيق
فرضیه احیا فضاهایی با پتانسیل بالا نقش موثر در بهبود توسعه شهری دارند.
سوالات اینکه:
چگونه می توان این بخش از شهر را به مرکز تفریحی فرهنگی تبدیل کرد؟
چگونه می توان آن را به نقطه قوت شهری تبدیل کرد؟
چگونه می توان با ایجاد فضای تفریحی جذب گردشگر کرد؟
چگونه می توان حضورپذیری و نفوذ افراد را در آن افزایش داد؟
1-4 روش تحقيق
در این رساله جمع آوري اطلاعات اوليه با روش کتابخانه ای می باشد واطلاعات منطقه مورد مطالعه از ، سازمان ميراث فرهنگي، گردشگري و صنايع دستي، سازمان نقشه ‌برداري ، گروه مهندسين مشاور ره‌شهر، مقاله‌هاي انجام شده در اين زمينه، سايت هاي معتبر كه مقالات و مطالعات دهكده‌هاي گردشگري را در اختيار كاربران قرار مي دهند مانند سايت سازمان جهاني گردشگري می باشد.
1-5 جمع بندی
در این پایان نامه بعد از بیان کلیات با توجه به اهمیت موضوع برای پاسخگویی به سوالات با در نظر گرفتن اهداف، در فصل دوم به بیان كليات و مباني نظري دهکده گردشگری می پردازیم تا به شناخت جامع تری در مورد آن برسیم در فصل سوم به بررسی وضع موجود و ارزش ها و پتانسیل های منطقه می پردازیم تا به تفکر عمیق تری برای طراحی برسیم و فصل چهارم ارائه برنامه فیزیکی است برای طراحی دقیق و اصولی و در نهایت فصل پنجم به بررسی شرایط اقلیمی و تحلیل سایت مورد نظر می پردازد تا با کمک این شناخت ها به یک فرم مناسب و قرار گیری صحیح در سایت بپردازیم.
فصل دوم
کلیات و مبانی نظری طرح
2-1 مقدمه
در اين فصل، بعد از شرح و توضيح برخي از نظريهها و مدلهاي رايج در رابطه با دهکده گردشگری به شناختي جامع نسبت به معاني و مفاهيم، مباني و نظريه هاي تئوريك مرتبط كه در واقع ترسيم كننده ذهنيت معنايي پروژه مي باشد، می رسیم و همراه آن بعد از بررسی نمونه های موردی در سطوح کل و خرد فضاها به راهکارها و پیشنهادات لازم جهت نیازسنجی فضاها و فرم ارتباطی بین آنها می رسیم که در نهایت در روند طراحی از آنها استفاده می کنیم.
2-2 تعاریف مفاهیم و نظریه های مرتبط با موضوع
در ابتدا به تعریف واژه های مرتبط با عنوان مانند تفريح، تفرج ، تفرجگاه، گردش میپردازیم تا به یک آشنایی کلی در این رابطه برسیم و بعد شرح عنوان های مرتبط و کاربرد آنها در بخش طراحی پایان نامه را بیان می کنیم.
2-2-1 تفریح
تفريح عبارتست ازهرگونه فعاليت يا عدم فعاليتي كه با قصد قبلي و با ميل و رغبت در اوقات فراغت انجام مي گيرد . بنابراين تفريح يك تجربه احساسي و لذت بخش است كه با تمايل افراد درهنگام فراغت به آنها دست مي دهد . به عبارت ديگر، هنگامي كه كوچكترين احساسي ازاجبار در فعاليت يا عدم فعاليت در زمان فراغت وجود نداشته باشد به طور قطع و مسلم اين حالت را مي توان تفريح ناميد . تفريح به طوركلي با كار، تباين كامل دارد و وجه تمايزآن، جنبه فعاليت آن نيست . بلكه وضع، حالت و احساسي است كه در آن به افراد دست مي دهد وآنها را فرا مي گيرد هرتفريحي در زمان فراغت انجام مي گيرد ولي همه او قات فراغت صرف تفريح نمي شود . فعاليت يا عدم فعاليتي كه بدون هدف و برنامه و بدون قصد قبلي باشد ، جزء تفريح محسوب نمي شود.(مجنونیان، 16:1374)
محققي به نام نيومين اين تعريف را ارائه مي دهد ((تفريح به هرنوع فردی يا گروهي اطلاق مي شود كه در اوقات فراغت صورت مي گيرد و از آنجا كه يك فعاليت آزاد، اختياري و لذت بخش است، جاذبه خاصي دارد)) كارلسن، ديپ و مكلين دركتاب تفريح در زندگي آمريكائي تعریف زير را ارائه مي كنند(( تفريح هر نوع كار لذتبخش درايام فراغت است كه افراد با اختيار و داوطلبانه در آن شركت مي جويند و به وسيله آن خود را خوشحال و سرگرم مي سازند))(شفیعی نسب،16:1383)
2-2-2 تفرج
تفرج به مفهوم ارزشيابي اوقات فراغت به منظوربازسازي و خوديابي رواني و فيزيكي مجدد شخص است تفرج در زبان انگليسي درقالب كلمهrecreation آمده است كه از ريشه لاتين مي باشد كه re به معنی تکرار مجدد و creation به معني خلق كردن وساختن م ي باشد و درمجموع به معني خود بازسازي (دوباره سازي و بازسازي) روحي و فيزيكي شخص ، براي شروع يك دوره فعاليتي- كاري جديد است.( شفیعی نسب،13:1383)
تفريح به طوراعم هرنوع سرگرمي و بازي فعاليتي كه در اين زمينه خواه در فضاي بسته وخواه در فضاي باز انجام مي شود گفته مي شود . اما كليه بازيها و سرگرمي هايي كه معمولا درهواي آزاد و خارج ازمحيط منزل و سكونت، مخصوصاً درمنابع طبيعي انجام مي گيرد مانند قدم زدن درطبيعت ، تماشاي مناظر درجنگل ها ومراتع ، اسب سواري، قايق راني، اسكي، كمپينگ، پيك نيك و ...انجام مي شود تفرج ناميده مي شود(توکلی،92:1371) تفرج در محيطهاي باز به فضا و منابع نياز دارد. ازمناسب ترين منابعي كه مي تواند كيفيت تفرج را بالا ببرند مي توان منابع طبيعي و كمتر تغييريافته را نام برد كه هنوز جنبه هاي زيبايي شناسي خود را حفظ كرده اند. استفاده از تمام اشكال پاركها بدون توجهه به كيفيت، گستردگي يا مسافت و دسترسي، به معني تفرج است. (مجنونیان،16:1374)
2-2-3 تفرجگاه
يك منبع طبيعي براي تفرج ، عبارت است از هرگونه سيستم طبيعي اعم ازآب يا خشكي كه براي استفاده تفرجگاهي كنارگذاشته مي شود يك تفرجگاه مي تواند طيف گسترده اي از سيماهاي طبيعي را ازيك جويبار ساده تا يك غاركه درعمق زمين قراردارد را در بربگيرد استفاده يا امكان استفاده ازسيستم هاي طبيعي ، شرط اوليه براي تبديل آن به يك منبع تفرجگاهي بالفعل يا بالقوه است. (مجنونیان،15:1374)
2-2-4 گردش
گردش عملي تفريحي است كه به صورت غير رسمي به مصرف وانگيزه ، شرايط زماني ومكاني ، توان اقتصادي ، سطح فكري و فرهنگي ، فراهم بودن امكانات و علاقه منديهاي شخصي در مورد هر فرد يا گروه موضوعیتی منحصر به فرد پيدا مي كند.(حقانی،4:1381)
2-2-5 فضای سبز و اهمیت آن
جنبه هاي تفريح و گذراندن اوقات فراغت امروزه فضاي سبز را به عنوان يك ثروت ملي با ارزش درآورده است كه بصورت منابع سرمايه و مستقيم يا غيرمستقيم در خدمت دولت هستند بطوري كه رابطه بسيار نزديك و ناگسستني بين تقليل در هزينه ها ي درماني ، افزايش سطح
بهداشت عمومي ، اعتلاي كيفيت زندگي و بالارفتن طول عمر متوسط با توسعه فضاي سبز و درختكاري وجود دارد. (خادمی، 6:1365)
با توجه به مطالب بیان شده در طرح مورد نظر هم فضای سبز نقش بسزایی را ایفا می کند از جمله اهمیت های آن در کاریری مورد نظر در طراحی می توان موارد زیر را نام برد که در طراحی حتما به آنها می پردازیم :
الف- اهميت فضاي سبز در مبارزه با آلودگي
ب- اهميت فضاي سبز درجلوگيري ازآلودگي صوتي
پ- تعديل درجه حرارت
ت- تأثيرفضاي سبزدر روحيه افراد
ث- زيبايي آفريني
ج- نفوذپذيري وجلوگيري از فرسايش
2-2-6 پارک
پاركها عبارتند از فضاهاي سبزطراحي شده با كاربريهاي مختلف براي استفاده هاي عمومي ، ازنظرپژوهش ، آموزش ، تفرج وحفظ سلامت محيط و مردم مي باشند در واقع بخش ها و بافت هايي از شهر كه عموم مردم به آن دسترسي فيزيكي و بصري دارند و در آن فعاليت هايي صورت مي پذيرد. در واقع مكاني براي گذراندن اوقات فراغت، تعامل، گفتگو، آموزش و… مي باشد. (سازمان مديريت و برنامه ريزي كشور،26:1380)
ريچارد كارپنتر در واژه نامه اكولوژي خود واژه پارك لند را اين گونه تعريف مي كند ((پارك لند به منطقه اي گفته مي شود كه در آن درختان به صورت گروه گروه يا به صورت مجزا از هم دربستري ازپوشش علفي پراكنده اند)) اين واژه امروزه بيش از هر واژه ديگري به اراضي طبيعي با درختزارهاي پراكنده و شبه جنگلي كه براي نوع خاصي از فعاليتهاي تفريحي از قابليت لازم برخوردارند ، گفته مي شود. تعاريف زير در فرهنگ هاي مختلف گوشه اي از ويژگي هاي پارك را نشان مي دهند.
پاركها معمولاً فضاهايي هستند كه استفاده هاي متنوع در عين حال محدود و غيرمشخص دارند و با شكلي انعطاف پذير وحداقل ساخت و ساز و حداكثر استفاده از مصالح طبيعي جهت گردش، استراحت ، تفريح ، تفكر، بازي و ... بنا مي گردند . (ايزدپناه جهرمی،11:1381)
با توجه به تعریف پارک وجود چنین فضایی در طراحی دهکده لازم است و می توان پارک هایی با عنوان های اختصاصی مانند پارک کودکان، پارک زنان را در بخش های مختلف آن طراحی کرد.
2-2-7 آب و معماری
در همه دوران هاي تاريخي، معماران ما، آب را در مجموعه هاي خود وارد مي كردند و گنجينه اي از خصوصيات فيزيكي، مذهبي و اسطوره اي آن را به خدمت مي گرفتند تا معماري آنها از غناي بيشتري برخوردار باشد. پيش از ظهور اسلام در ايران، معماري در كنار آب و در دامن طبيعت بدون آنكه آنرا مخدوش سازد، حضور داشت. نقش آب بيشتر نقشي تجريدي بود، نياشگاهها )معابد آناهيتا، آتشكده ها و...) در كنار آب و در نهايت احترام به وجود آب شكل مي گرفتند. گويي آب و آتش بطور مسالمت آميز در كنار هم قرار مي گرفتند و وسعت خود را جشن مي گرفتند. نمونه هاي آن را در آتشکده آذرگشنست و آتشکده کاریان شاهد هستیم آب در شکل گيري باغ ايراني نقش اصلي و درختان، گياهان و گل ها بعد از آب مهمترین نقش را دارند كه جريان حضور آنها خود ريشه در آب دارد. حضور آب در باغ ايراني، شکل دهنده شخصيت محيط اطراف است .(عمران شهران گیلان،49:1387)
از زماني كه انسان شروع به ساخت شهرها در كنار رودخانه كردند، تركيب و نحوه جريان رودخانه ها سبب شكل گيري طرح خياباني، کوچه ها و پار ك ها شده است. شبكه بندي موازي و عمودي با محور رودخانه ها در تمام شهر گسترش می يابد و خيابانها و بلوك ها ساختماني را تشكيل مي دهد. درحقيقت پل ها به عنوان واسطه عمل می كنند. در اصفهان منطقه ارمني نشين جلفا در سوي ديگر زايند ه رود قرار گرفته سي و سه پل این منطقه را به ساير مناطق شهر پيوند می زند. سایت مورد نظر برای طراحی در شهرستان آمل در مکانی واقع شده که از دو جهت با پل و یک جهت با رودخانه همجوار است. پل ها اغلب داراي موقعيت شهري برجسته اي هستند و اگر چنانچه جذاب باشند به سمبل شهري تبديل می شود مثل پل خواجو و سي و سه پل و پل معلق در آمل. بر خلاف فواره ها چشمه ها و رودخانه ها كه ذاتاً عناصر جنبشي هستند، آبگيرها و حوض ها عناصري آرام هستند كه آب حاصل از چرخه آب را جمع آوري می كنند.
بر روی رودخانه هراز درون شهر آمل پنج پل عبور می کنند که همگی پل ارتباطی دو بخش اصلی شهر می باشند دو پل مربوط به دوره پهلوی و باقی در چند سال اخیر ساخته شده اند که جز سمبل های شهر محسوب می شوند. همانطور که ذکر شد داراي موقعيت شهري برجسته اي هستند خصوصا پل معلق در کنار سایت مورد نظر برای طراحی که از سبک طراحی طاق مانند پایه های پل می توان در طراحی استفاده کرد. و به دلیل ارزش های تاریخی پل ها بهتر است بناهای مورد طراحی از نظر ارتفاع و ظاهر با آنها هماهنگ باشند.
آب هاي راكد به طور طبيعي انعكاس دهنده تصاويرهستند و به دليل انعكاس پذيري خود، عامل تعيين كننده اي در تركيب هستند. سطح آينه اي آنها محيط اطراف را مي پذيرد و سپس منعكس می كند. در معماري ما حوض ها به عنوان سمبل آب راكد استفاده مي شوند و با اشكال هندسي منظم خود، متعادل كننده بنا هستند حوض هاي جلوي بناها، مكمل معماري مي شوند و مانند آينه آنها را در خود منعكس مي كنند كه نمونه بارز آن چهلستون اصفهان است .
پیشنهاد دیگری که برای طراحی محوطه می توان بیان کرد استفاده از همین حوض ها و آبنماها است، که با ایجاد شکست در مسیر رودخانه و داخل کردن آب به داخل سایت به ترکیب آن با معماری می پردازیم حركت جاري آب در مقابل ايستايي و ثبات معماري، تضاد زيبايي است.
2-3 نظریه ها
2-3-1 گردشگری(توریسم و انواع آن)
گردشگري (توريسم) بر اساس تعريف سازمان جهاني توريسم(‌‌WTO)، به فعاليت‌هايي اطلاق مي‌شود كه به مكان‌هايي خارج از محيط عادي خود به منظور گذران ايام فراغت، انجام كار و ساير هدف‌ها، مي‌روند. توريسم در تعريف وسيع آن شامل افرادي مي‌شود كه در ارتباط با كار و حرفه‌ي خويش سفر مي‌كنند و آنان كه فعاليت‌هاي علمي و تحقيقاتي انجام مي‌دهند. به اين ترتيب، دامنه‌ي تاثيرگذاري توريسم بر محيط و تاثيرپذيري آن از محيط، بسيار وسيع‌تر مي‌شود. همچنين توريسم مجموعه تعامل‌هايي است كه در فرآيند جذب و ميهمانداري، بين توريست‌ها، سازمان‌هاي مسافرتي، دولت هاي مبدا، دولت‌هاي ميزبان و مردم محلي برقرار مي‌شود.
توريسم يك مقوله‌ي چند بعدي است و با عوامل متعددي در ارتباط است. عوامل عمده و تاثيرگذار در صنعت توريسم عبارت‌اند از: توريست‌ها، دولت‌هاي مبدا، دولت‌هاي مقصد، مردم بومي، سازمان‌هاي توريستي (آژانس‌هاي مسافرتي داخلي و بين‌المللي)، موسسات آموزشي (دانشگاه‌ها و سازمان‌هاي فني و حرفه‌اي) سازمان‌هاي خدماتي (هتل‌ها، متل‌ها، ميهمان‌پذيرها)، زيرساخت‌هاي اقتصادي (جاده‌ها، شبكه فاضلاب، شبكه‌هاي ارتباطي)، شبكه‌ي حمل و نقل (هوايي، زميني، دريايي)، جذابيت‌هاي توريستي (تاريخي، طبيعي، فرهنگي...) كليه اين عوامل تحت تاثير عوامل محيطي مانند عوامل فرهنگي و اجتماعي، سياسي و امنيتي، اقتصادي، تكنولوژي و محيط زيستي قرار دارند. (زاهدی، 4:1385)
2-3-2 نوع شناسی گردشگری (تورسیم)
در اين قسمت به چند نوع طبقه‌بندي از توريسم اشاره مي‌شود تا بعد از آشنایی با انواع مختلف آن بتوان نوع توریسم مورد نظر در این طراحی را مشخص کرد و بر اساس نیازهای آنها طراحی کرد :
2-3-2-1 توریسم انبوه
توريسم انبوه عبارت است از توريسم تجاري معمولي كه در سطح گسترده‌اي در سراسر جهان وجود دارد. اين قبيل فعاليت هاي توريستي توسط شركت‌هاي بزرگ توريستي انجام مي‌شود و بازارهاي خاص خود را دارد كه معمولا در نواحي خاصي از جهان تمركز دارند.
توريسم انبوه از نظر انگيزه‌ي مسافرت و مقصد انتخابي متفاوت است. در اين نوع توريسم، جهانگردان در جست و جوي اصالت، تازگي و تنوع در محل‌هاي مورد بازديد هستند.
2-3-2-2 توريسم فام يا توريسم فرهنگي،اكوتوريسم و ماجراجويانه
كلمه‌ي فام از حروف اول كلمات فرهنگي، اكوتوريسم و ماجراجويانه تشكيل شده است. در اين طبقه‌بندي توريسم به سه دسته تقسيم شده است در توريسم فرهنگي، هدف توريست ديدار از مراسم، خصوصيات، و نمودهاي فرهنگي جامعه‌ي ميزبان است.
در اكوتوريسم، ديدار از طبيعت در كانون توجه توريست‌ها قرار دارد توريسم ماجراجويانه نيز با خطرپذيري و ماجراجويي ملازمه دارد ارتباط بين اين سه نوع توريسم در نمودار2-1- نشان داده شده است.
توريسم ماجراجويانه
توريسم فرهنگي
اكوتوريس
م
توريسم فام
توريسم ماجراجويانه
توريسم فرهنگي
اكوتوريس
م
توريسم فام

نمودار 2-1 ارتباط تعاملي انواع توريسم2-3-2-3 توریسم عادی و توریسم طبیعت گرا
در اين طبقه‌بندي، توريسم به دو دسته‌ي توريسم عادي و طبيعت‌گرا تقسيم شده است. اگر چه همه‌ي انواع توريسم به نحوي با طبيعت مرتبط مي‌شوند، ولي در اين طبقه‌بندي، استفاده‌ي نهايي مورد نظر نيست البته ترسيم خط‌مشي بين انواع توريسم امكان‌پذير نيست و در مواردي امكان تداخل و همپوشي وجود دارد، براي مثال توريسم ورزشي با اكوتوريسم و توريسم فرهنگي با توريسم تاريخي و توريسم زيارتي همپوشي دارد.
2-3-2-3-1 توريسم عادي
توريسم عادي نوعي از توريسم است كه مقصد انتخابي آن الزاما با طبيعت سروكار نداشته باشد اين نوع توريسم را مي‌توان به نوبه‌ي خود در چند نوع فرعي‌تر تقسيم‌بندي كرد.
الف. توريسم تاريخي و باستاني
در اين نوع توريسم، جهانگردان به جذابيت هاي تاريخي و آثار باستاني توجه مي‌كنند، مانند: آثار تخت جمشيد در ايران، اهرام ثلاثه در مصر، آثار تاريخي در رم و يونان.
ب. توريسم زيارتي
در اين نوع توريسم، مكان‌هاي زيارتي و مراسم و شعاير مذهبي مدنظر توريست‌ها قرار مي‌گيرد، مانند زيارت كعبه، اورشليم و مشهد نمونه‌هايي از مراسم و شعاير مذهبي كه توجه برخي از جهانگردان را جلب مي‌كنند عبارت اند از: مراسم عزاداري عاشورا و مراسم قالي‌شويان اردهال.
ج. توريسم فرهنگي
بسياري از توريست‌ها به بازديد و حضور در مراسم فرهنگي و هنري علاقمندند و برنامه‌ي سفر خود را به گونه‌اي تنظيم مي‌كنند تا با فصل اين آيين‌ها و مراسم هماهنگ باشد. شركت در برنامه‌هاي هنري مانند كنسرت موسيقي، اپرا و تاتر را نيز مي‌توان در اين طبقه قرار داد.
د. توريسم ورزشي
برخي از جهانگردان براي رهايي از زندگي يكنواخت سراسر كار و مشغله‌ي خود در جست وجوي زمان و مكاني هستند تا ملزم به انجام تمرينات ورزشي شوند عده اي نيز براي بازديد از رواديد‌ها و مسابقات ورزشي عزم سفر مي‌كنند و به ديدار نقاطي مي‌روند كه از امكانات ورزشي خاص برخوردار باشد.
توريسم ورزشي قدمتي طولاني دارد مسابقات المپيك جهاني مصداق بارزي از توريسم ورزشي است كه انبوه كثيري از توريست‌ها را به سوي خود مي‌كشاند و درآمد سرشاري راعايد كشورهاي ميزبان مي‌نمايد.
ه. ديدار از بستگان و دوستان
هدف برخي از مسافرت‌ها ديدار از دوستان و آشنايان است البته در كنار اين ديدارها ممكن است بازديدهايي نيز از جذابيت‌هاي توريستي به عمل آيد اما كانون اصلي توجه در اين مسافرت‌ها، ديدار از بستگان و آشنايان است.
2-3-2-3-2 توريسم طبيت‌گرا
توريسم طبيعت‌گرا آن دسته از فعاليت‌هاي توريستي را شامل مي‌شود كه مستقيما با منابع و جذابيت‌هاي طبيعي سروكار دارند.
توريسم طبيت‌گرا را مي‌توان در شش دسته‌ي فرعي دسته‌بندي كرد:
الف. توريسم ساحلي
ب.توريسم ماجراجويانه
ج.توريسم مصرفي
د.توريسم محصور
ه.توريسم سلامتي
و.اكوتوريسم
در اينجا به توضيح مختصر هر يك از اين انواع مي‌پردازيم:
الف. توريسم ساحلي يا ماسه‌ای
اين نوع توريسم با تفريحي شدن سواحل مديترانه، قسمت‌هايي از اقيانوس آرام و آسياي جنوب‌شرقي ارتباط نزديك دارد. در واقع اين نوع توريسم با توسعه‌ي بي‌رويه‌ي خود موجب پديدآمدن اثرات منفي اقتصادي، فرهنگي، اجتماعي و محيط زيستي در اين مناطق شده است. در ايران نيز استفاده بي‌رويه و نسنجيده از امكانات طبيعي سواحل كشور و تحميل ضايعات و پسماندهاي آلوده به اين مناطق باعث شده كه صدمات جبران‌ناپذيري بر زيست ‌بوم منطقه وارد آيد.
ب. توريسم ماجراجويانه
توريسم ماجراجويانه نوعي از توريسم است كه تا حدودي با خطر ملازمه دارد و فعاليت فيزيكي و مهارت ويژه‌اي را مي‌طلبد نمونه‌هايي از اين توريسم عبارتند از: اسكي‌روي آب، كوهنوردي، دريانوردي، غارنوردي، كه در كليه‌ي اين فعاليت‌ها، طبيعت، فرد را به تلاش و چالش وا مي‌دارد و اين تلاش‌ها با هيجان همراه است.
ج. توريسم مصرفي
در كليه‌ي انواع توريسم، به طور عام عامل مصرف وجود دارد. ولي توريسم مصرفي اشاره به فعاليت‌هايي دارد كه به مصرف و آسيب رساندن به منابع طبيعي مي‌انجامند.
متداولترين نوع توريسم مصرفي، ماهيگيري و شكار است. اين نوع توريسم با انتقادات فراواني مواجه شده است. از جمله اينكه كشتن جانوران از نظر محيط زيستي، سبب ايجاد اختلال در توازن بيولوژيكي مي‌شود.
د. توريسم محصور
منظور از توريسم محصور آن نوع از توريسم است كه عواملي از محيط زيست طبيعي را تحت شرايط خاص و كنترل شده نگهداري مي‌كنند و در معرض ديد توريست ها قرار مي‌دهند، مانند باغ وحش ها، آكواريوم‌ها، قفس‌هاي پرندگان.
ه.توريسم سلامتي
توريسم سلامتي آن نوع از توريسم است كه با فعاليت هاي بهداشتي و درماني مرتبط مي‌شود و مورد توجه توريست هايي قرار مي‌گيرد كه به خواص درماني منابع طبيعي توجه دارند مانند: چشمه‌هاي آب‌گرم گياهان دارويي، سواحل لجني و گل‌هاي درماني.
و. اكوتوريسم
براي اكوتوريسم تعاريف متعددي ارايه شده است كه در اينجا به چند مورد اشاره مي‌شود:
1 بازديد از يك منطقه به منظور مشاهده‌ي سرزمين، جانوران و گياهان دست نخورده در آن منطقه.
2 سفر به طبيعت به نحوي كه در عين محافظت از اكوسيستم، به شان جوامع محلي نيز احترام گذارده شود. در اين تعريف، علاوه بر منابع طبيعي، به ارزش‌هاي مردم محل نيز احترام گذارده شود. در اين تعريف، علاوه بر منابع طبيعي، به ارزش‌هاي مردم محل نيز توجه شده است و ضرورت ايجاد توازن بين منابع طبيعي، توريسم، جامعه‌ي محلي و توريست‌ها مورد توجه قرار گرفته است.
3 هكتورسبالوس-لاكوزين‌‌ Hector Ceballos-Lascurianيكي از اولين كساني است كه در دهه‌ي1980 براي اكوتوريسم تعريف مشخصي ارايه كرده است، وي مي‌گويد:« اكوتوريسم يعني مسافرت به نواحي طبيعي تقريبا دست نخورده با هدف يادگيري، تحسين و استفاده از مناظر طبيعي، حيات‌وحش و همچنين نمودهاي فرهنگي گذشته و حال مردم بومي».
4 شوراي مشورتي محيط زيست كشور كانادا، اكوتوريسم را تجربه مسافرت به طبيعت مي‌داند كه به محافظت از اكوسيستم كمك مي‌كند و در عين حال شان جامعه‌ي ميزبان را نيز حفظ مي‌نمايد.
5 تعريفي كه از جانب موسسه‌ي ملي اكوتوريسم استراليا ارايه شده، چنين است: «توريسم طبيعت‌گرا كه با آموزش و آگاهي درباره‌ي محيط زيست طبيعي توام است و به گونه‌اي مديريت مي‌شود كه از نظر اكولوژيكي پايدار باشد».
6 اتحاديه بين‌المللي محافظت از طبيعت (IUCN) اكوتوريسم را چنين تعريف كرده است:
«اكوتوريسم عبارت است از مسافرت مسوولانه به نواحي نسبتا بكر طبيعي به منظور لذت بردن از طبيعت به نحوي كه اثرات منفي كمي بر طبيعت دارد و زمينه مشاركت اقتصادي-اجتماعي جمعيت بومي را فراهم مي‌آورد».
7 تعريف جامعه‌ي بين‌المللي اكوتوريسم (IES) از اكوتوريسم عبارت است از:
«اكوتوريسم عبارت است از مسافرت مسوولانه به نواحي طبيعي كه محيط‌زيست را محافظت و رفاه مردم محلي را تامين مي‌كند».(زاهدی،1385: 4-17)
با توجه به توضیحات بیان شده نوع توریسمی که برای طراحی دهکده مورد نظر باید در نظر گرفت توریسم طبیعت گرا از نوع اکوتوریسم و بخشی هم ساحلی می باشد با توجه به اینکه حفظ محیط زیست از رویکردهای طراحی ما است.
2-4 کلیات و تعاریف دهکده گردشگری
جهت انجام مطالعات در خصوص طراحی دهكده‌ گردشگري ابتدا بايد به بررسي كليات و مفاهيم دهكده‌هاي گردشگري، انواع و كاركردها و شرايط ايجاد آن ها بپردازيم در اين بخش از اين تحقيق به بررسي مفاهيم دهكده هاي گردشگري با اشاره به نمونه‌هاي خارجي مي‌پردازيم.
2-4-1 تعریف دهکده گردشگری
مكان هايي از يك استان هستند كه آن مكان يا فواصل نزديك به آن به لحاظ جاذبه هاي طبيعي، فرهنگي و تاريخي قابليت‌هاي لازم را براي جذب گردشگران دارند و نيازمند ايجاد تأسيسات و امكانات گردشگري و نيز اطلاع رساني مناسب اند. دهكده گردشگري به عنوان يك مركز براي تمركز گردشگران داخلي به منظور انجام سفرهاي درون استاني فراغتي، تعطيلاتي و سكونتي به مقصد جاذبه هاي متنوع گردشگري در سراسر استان مي‌تواند كانوني براي اسكان و توزيع گردشگران در سطح هر استان باشد. از اين رو اين كانون مي‌بايست داراي تمامي ويژگيهاي مورد نياز ساكنان، گردشگران و كساني كه اوقات فراغت خود را در دهكده مي‌گذرانند باشد. بنابر اين ساخت فضاهاي تفريحي، ورزشي ، خدماتي و رفاهي در حد استاندارهاي جهان امروز براي ايجاد دهكده پيش بيني مي‌شود.
رعايت ملاحظات زيست محيطي و توسعة پايدار نيز از ديگر مشخصه‌هايي است كه مي‌بايست در طرح‌هاي پيشنهادي مورد نظر قرار گيرد. در اين صورت مي‌توان اطمينان داشت كه چه به لحاظ اقتصادي و چه به لحاظ فرهنگي احداث چنين دهكده‌هايي از بازدهي مناسب برخوردار باشد. اهدافي كه در نظر است دهكده گردشگري به آن شناخته شود عبارتند از
افزايش شمار گردشگران در يك منطقه
افزايش درآمد عمومي از محل توسعه گردشگري
افزايش فرصتهاي شغلي
بالفعل كردن ظرفيتهاي بالقوه گردشگري در يك منطقه
جذب مشاركت بيشتر بخش خصوصي در توسعه‌ي گردشگري
افزايش جذب سرمايه گذاري
ارتقاي سطح خدمات عمومي به گردشگران (سازمان مناطق گردشگري كشور، 1381)
دهكده‌هاي گردشگري، نواحي هستند كه داراي برخي خصوصيات يك مكان به عنوان موضوع گردشگري است. در اين ناحيه رسومات و فرهنگ جوامع محلي هنوز دست‌نخورده و بكر باقي مانده است. دهكده گردشگري همچنين تركيبي از برخي عوامل حمايتي و حفاظتي است كه در آن علاوه بر اينكه طبيعت و محيط زيست بكر مي‌ماند مواردي از قبيل شيوه‌هاي آشپزي ، سيستم‌هاي كشاورزي سنتي و جوامع محلي نيز حفظ مي‌شوند.
ايجاد و تهيه تسهيلات مناسب براي تبديل يك مكان به عنوان مقصد گردشگري داراي اهميت ويژه است اين تسهيلات باعث مي‌شود كه بازديدكنندگاني كه مايل به گردشگري در اين
مكان‌ها هستند از تعطيلاتشان در اين مكان لذت ببرند. اين مكان‌ها داراي فضاهايي هستند و يا در آنها فضاهايي ايجاد شده است كه باعث مي‌شود بازديدكنندگان لحظات جالب و به يادماندني را در فضايي متفاوت با محل زندگي خودشان تجربه كنند. در ادامه به معرفی انواع دهکده های گردشگری می پردازیم تا نوع مورد نظر در طراحی را معین کنیم.
2-2-4 ا نواع دهکده گردشگری
دهكده هاي گردشگري با توجه به قابليت‌هاي طبيعي كه در آنجا مكان‌يابي و ساخته مي‌شوند و همچنين با توجه به نقش‌ها و عملكرد‌هاي مختلف به انواع مختلفي دسته‌بندي مي‌شوند. دهكده‌هاي گردشگري بر اساس مقدار قابليت‌ها و جاذبه‌هاي اطراف ممكن است داراي اقامتگاه‌ باشند يا اينكه تنها كاربري‌هاي محدودي را شامل شوند. پس از بررسی به این نتیجه می رسیم که دهکده مورد نظر در طراحی از چه نوعی می باشد.
2-4-2-1 شهرک ها و دهکده های سلامت
گردشگري سلامت(Health Tourism) نوعي از مسافرت است كه علاوه بر تفريح، فراغت و آسايش، سلامت و مراقبت‌هاي پزشكي را نيز به همراه دارد. در حال حاضر گردشگري درماني از رو به رشدترين بخش‌هاي صنعت گردشگري در جهان است و به سرعت در حال تبديل شدن به صنعتي جهاني است. به‌گونه‌اي كه در تمامي دنيا از مجموع افرادي كه به عنوان گردشگر وارد كشورها مي‌شوند(گردشگران بين‌المللي) هفت درصد را كساني تشكيل مي دهند كه براي درمان و استفاده از مواهب طبيعي آن كشور اقدام نموده‌اند.
زمينه‌هاي فعاليت در حوزه‌ي گردشگري سلامت در دنيا شامل: آب گرم‌هاي معدني(Health Spa)، برنامه‌هاي مديريت وزن(Program Weight Management)، اعمال جراحي آرايشي و پلاستيك(Cosmetic and Plastic Surgery)، اعمال جراحي جايگزيني مفاصل زانو،...(Knee replacement)، اعمال جراحي باي-پس شريان قلب (Coronary By-pass Surgery)، پيوند اعضا (Organ Transplant)، چشم‌پزشكي (عمل ليزيك) (Lasik Surgery)، دندان‌پزشكي و كاشت دندان (Implantation Dental)، توان‌بخشي( Rehabilitation and Recuperation) و...هستند.
از جمله مناطق پيشرو در حوزه‌ي گردشگري سلامت در دنيا (پيشرفته در اين حوزه) مي‌توان به بحرين، سنگاپور، كوبا، كاستاريكا، مجارستان، اردن، ليتواني، مالزي، تايلند، بلژيك، لهستان، تركيه، دبي، آمريكا، آفريقاي جنوبي و هند اشاره نمود. (زاهدی،17:1385)
2-4-2-2 دهکده ساحلی
دهكده‌هاي ساحلي معمولا به مكان‌هاي برون شهري اطلاق مي‌شوند كه در نواحي ساحلي كه داراي قابليت‌هاي جذب گردشگر هستند شكل گرفته و مكان‌يابي مي‌شوند. مانند دهكده‌ي ساحلي پانورمو در يونان كه در ابتداي تشكيل روستاي كوچكي بوده است اما عوامل متعدد باعث شده كه اين فضا تبديل به دهكده‌ي گردشگري شود. در دهكده‌هاي ساحلي عامل اصلي شكل‌گيري نزديك بودن يا همجواري با ساحل دريا است.(شهرکی،29:1390) که دهکده مورد نظر در طراحی از نظر برخی ویژگی ها نزدیک به این نوع دهکده می باشد.
2-4-2-3 دهکده کوهستانی
دهكده‌هاي كوهستاني كه در مناطق كوهستاني شكل مي‌گيرند معمولا داراي قابليت‌ ايجاد اقامتگاه‌هاي كوهستاني هستند و با توجه به شرايط جغرافيايي و اقليمي در آن مي توان فعاليت‌هايي نظير اسكي، اسنوبورد، كوهنوردي، صخره‌نوردي، اسنومبيل، پياده‌روي و راهپيمايي، دوچرخه‌سواري در كوهستان، پاراگلايدر و... را برنامه‌ريزي كرد. (شهرکی،31:1390)
2-4-2-4 دهكده‌هاي بياباني:
دهكده‌هاي بياباني در نواحي بياباني شكل مي‌ گيرند اين دهكده‌ها داراي اقامتگاه‌هايي به منظور انجام فعاليت‌هايي از قبيل رصد ستارگان، انجام سافاري در شن با استفاده از تجهيزات مخصوص، شترسواري، شترمرغ‌سواري، آشنايي با داروهاي گياهي و حيات وحش بيابان... ايجاد مي‌شود از مهم‌ترين كشورهايي كه در تعيين مكان و تجهيز نواحي بياباني جهت توسعه‌ي صنعت گردشگري فعاليت كرده‌اند مي‌توان به كشور امارات و بيابان‌هاي اطراف دبي اشاره كرد. (شهرکی،33:1390)
بنا بر موارد ذکر شده نوع دهکده مورد نظر برای طراحی تقریبا از نوع دهکده های ساحلی می باشد.
2-5 گردشگری و توریسم
2-5-1 جايگاه و عملكرد گردشگري در حيات شهري
شايد بيشترين مكاني كه امر جهانگردي و سياحت در آن به وقوع مي پيوندد شهرها است. شهرنشيني كه امروزپيچيده ترين دست آورد بشري است داراي ابعاد مختلف كالبدي،اجتماعی، اقتصادي، فرهنگي و مردم شناسي است با تردد جهانگردي در فضاي شهر و مناسبات آن در عملكرد بیان شده عاملي تاثير گذار است و هر چه شهري در معرض استفاده جهانگردان و سياحتگران قرار گيرد بيشتر از عوامل ذكر شده متأثر خواهد شد. فراغت و تفريح و جهانگردي ازکلماتی هستند كه هر كس بارها آنها را شنيده و يا به كار برده است، فراغت براي اغلب ما معادل اوقات فراغت است اما تفريح به فعاليت هايي گفته مي شود كه براي گذران اوقات فراغت انجام مي گيرد كلمه جهانگردي اغلب در ذهن ما سفر،تعطيلات و مناظر ديدني را تداعي مي كنند .سفر به شهرها و استفاده از فضاهاي عمومي براي تفريح و گذراندن اوقات فراغت گردشگران را به پاركها، سينماها، موزه ها، مراكز خريد، باغها و نمايشگاهها مختلف، زيارت گاهها و ساختمانها و بناهاي ديدني جلب مي كند. بين گذران اوقات فراغت براي شهروندان و جهانگردان و سيا حتگران فرق است زيرا گذراندن اوقات فراغت براي سياحتگران مستلزم انجام سفر مي باشد بنابراين نوع تقاضاي آن نيز متفاوت است. (عمران زاوه، 90:1382)
ساختار شهري كه معطوف به فعاليت جهانگردي است با يك شهر معمولي فرق دارد . ايجاد سكونت گاهها وهتلها، مراكز تفريحي، تسهيلات كتابخانه ها، پذيرايي و راهنمايي در مراكز ديدني شهري و حمل و نقل همه مي بايست متناسب با مناسبات گردشگري شكل بگيرد همه اين تسهيلات ظروفي است براي تبادل فرهنگ شهرها به سياحتگران و از آنان به شهروندان، هر چه اين عوامل مناسب تر آرايش پيداكند ، امر تبادل فرهنگي ناشي از سيا حتگري، آسان تر به وقوع مي پيوندد(گی روشه، 82:1370) در محدوده سایت مورد نظر برای طراحی هتل شهر قرار دارد، که از نظر ظرفیت پاسخگوی مراجعین مجموعه می باشد و نیاز، اقامتگاه در این دهکده را پاسخ می دهد. همچنین از نظر نیاز به فضاهای فرهنگی با وجود سینما با دو سالن و موزه شهر در حاشیه بسیار نزدیک این سایت پاسخگو می باشد ولی پیشنهاد می شود برای طراحی سایت از محورهایی که از آنها می رسد کمک گرفت تا به نوعی این هماهنگی عملکردی را در سایت پلان نشان داد.
2-5-2 اکوتوریسم
چنانكه مي دانيم انسان و طبيعت تركيبي جدايي ناپذيرند آدمي در طبيعت به دنيا مي آيد، درطبيعت زندگي مي كند و در طبيعت مي ميرد. تمامي جلوه هاي طبيعي اعم ازجنگل هاي طبيعي ، پاركهاي ملي وحيات وحش ، رودخانه ها وطبيعت پيرامون آنها به ويژه آبشارها ، كوهسارها ، چشمه هاي طبيعي، ييلاق ها، مناطق شكار ، ماهيگيري در، درياها و درياچه ها و پيرامون آنها ، زيستگاههاي طبيعي پرندگان مهاجر و بومي و نيزغارهاي طبيعي ، گستره هاي گردشگري طبيعت را رقم مي زند. انجمن بين المللي اكوتوريسم (International Ecotourism society)درتعريف اكوتوريسم آورده است : سفري مسئولانه به مناطق طبيعي است كه ضمن حفاظت ازمحيط زيست ، سلامت جوامع محلي رانيز به ارمغان مي آورد . اكوتوريسم درواقع سفربه يك منطقه طبيعي ، سفري كه براي جوامع محلي سودمند باشد.سفري كه انسان را به درك و فهم عميق از طبيعت و محيط زيست رهنمون كرده وحامي حفاظت ازتنوع زيستي باشد. (کیارستمی، 33:1382) اكوتوريسم ازتركيب دو واژه اكولوژي و توريسم تشكيل شده است و درواقع محصول چالشهاي فراوان بين طرفداران افراطي بهره گيري و استفاده بي حد ومرز ازطبيعت و طرفداران استفاده معقول و منطقي از اين منابع مي باشد، كه درفارسي به معناي طبيعت گردي و گردشگري زيست محيطي مي باشد. (امیرانی،4:1382)
اكوتوريسم پديده اي تازه است كه فقط بخشي ازكل صنعت توريسم را نشان مي دهد و مبتني برمسافرت هدفمند به مناطق نسبتاً طبيعي براي مطالعه ، لذت جويي ، استفاده معنوي ازمناظر وجانوران و هر نوع فعالیت فرهنگي معاصر يا گذشته موجود دراين مناطق مي باشد که هدف اصلی ما در این پایان نامه طراحی با توجه به رویکرد اکولوژیک نیز همگام با این معیارها می باشد به همین دلیل به توضیح مختصری در این مورد می پردازیم.
اين واژه درسال 1965 متداول گرديد و چهار معيار براي اكوتوريسم ارائه شد
حداقل تأثيرمنفي برمحيط زيست.
حداقل تأثيرمنفي برفرهنگ و حداكثرمسئوليت پذيري نسبت به فرهنگ جامعه ميزبان.
حداكثرسود اقتصادي براي جامعه ميزبان.
حداكثر رضايت تفريحي جهت مشاركت گردشگران.
امروزه در مقياس جهاني اين موضوع پذيرفته شده است كه اكوتوريسم بايد مرتبط با حفاظت محيط زيست وبهره گيري مناسب و طولاني مدت از طبيعت، با حداقل تغيير در توازن محيط طبيعي و آسيب رساني همراه باشد(محمدي،17:1382)
2-5-3 اكوتوريسم پايدار
اساس اكوتوريسم اين است كه چگونه توريست مي تواند جهت ارتقاء، آگاهي و گذران اوقات فراغت و لذت جويي، منابع طبيعي و فرهنگي را مورد بازديد قراردهد بدون اينكه تأثير منفي در اين منابع داشته باشد. حفظ منابع تفرجي، توأم با بهره وري ازحساسيت بسيار برخورداراست مديريت پايدار منابع تفرجي با واژه اكوتوريسم پايدارمترادف است.
اكوتوريسم نوعي مديريت توريست است كه سيستم اكولوژي در آن حراست مي گردد. حفاظت و بهسازي محيط زيست طبيعي و تهيه برنامه ها ي اجرايي جهت ارتقاء زيبائيهاي طبيعي با توسعه فضاي سبز و ايجاد محوطه هاي تفرجي اقامتي در طبيعت همچون، محوطه هاي پيك نيك، كمپينگ، استراحت توأم با سيستمهاي اطلاعاتي چند منظوره براي ارتقاء دانش استفاده كنندگان براي حمايت محيط زيست از اهداف طرح توسعه اكوتوريسم خواهد بود. پتانسيل تفرجي فراوان پاركهاي جنگلي و ملي و ... وجايگاه ويژه آنها در صنعت توريسم در توسعه اكوتوريسم مورد توجه است.(شریعت نژاد،14:1376)
ادعاي اصلي طرفداران اكوتوريسم مبتني بر آن است كه اكوتوريسم بر راهبردهاي محرك، راهكارهاي عملي و اقدامات پيشگيرانه از راه فعال ساختن و بهره بردن از خود نواحي حساس طبيعي استوار شده و به توسعه پايدارياري مي رساند . زيرا به اين وسيله اين گونه نواحي از دايره اشتغال و تهديد عمليات توسعه تهاجمي محيط زيست انساني بيرون نگه مي دارد.(بهروزفر،11:1382) یکی از اهداف این طراحی نیز همین می باشد که رودخانه که از نواحي حساس طبيعي است از دايره اشتغال و تهديد عمليات توسعه تهاجمي انسانی محفوظ بماند بنابر این و با توجه به رویکرد اکولوژیک طراحی یکی از راهکارهایی که پیشنهاد می شود این است که در طراحی از بناهایی با حجم ظریف مینی مال و دخالت کم در سایت طراحی شوند.
مفهوم توريسم واكوتوريسم پايدار ، روشي مقبول و ستوده است كه ضمن برطرف ساختن نيازهاي تفريحي گردشگران كنوني ، مي بايست اين حقيقت را نيز در نظر داشته باشد كه مناطق مورد با زديد متعلق به نسل هاي آينده نيز مي باشد و بايستي ضمن استفاده صحيح از آن، چنان آنها را حفظ نمود كه فرزندان ما هم بتوانند اين گوهرهاي گرانبها را لمس نمايند.
استفاده صحيح از اكوتوريسم يا گردشگري محيطي مي تواند علاوه بر منافع اقتصادي اجتماعي، تأثير مثبتي برحفاظت از محيط زيست داشته باشد مثلاً كاربرد صحيح زمين باعث مي شود زمین همچنان پوشيده از گياهان بومي خود بماند وعلاوه بر منافع اقتصادي دروني متعدد، عده زيادي گردشگر به خود جلب كند و به
سرمایه گذاری های داخلی و خارجی در امور زیر بنایی کشور و در نهایت توسعه پایدار منجر شود. (محمدی،19:1382)
2-6 ایران ودهکده های گردشگری
به منظور ساخت دهكده هاي گردشگري در مناطق زيست محيطي؛ بر اساس توافق سازمان ميراث فرهنگي و گردشگري و سازمان حفاظت از محيط زيست در سال 1380 يك شبكه سه محوري از دهكده هاي گردشگري مشخص گرديده است. پايه اين شبكه در سه محور البرز، زاگرس و كوير شكل گرفت با ويژگي هاي خاص اين مناطق و گردشگراني كه خواهان اين آب و هوا هستند، محور كوير كه از استان هاي اصفهان، يزد، كرمان و سيستان از كنار دو كوير بزرگ دشت كوير و كوير لوت مي گذرد و با عبور از قطر شمال غربي- جنوب شرقي، مسيري به اروپا تا پاكستان و هند است كه گمان مي رود بهترين مسير براي جهانگردان اروپايي باشد و جذابيت هاي ويژه اي براي اين گروه به وجود آورد.
محور زاگرس، مسيري در ارتفاعات شمالي- جنوبي ايران است كه از استان هاي كردستان، كرمانشاه، لرستان، چهار محال، فارس و بوشهر مي گذرد و ويژگي ها و جذابيت هاي زندگي عشاير و بومي را در بردارد؛ مسيري كه حتي براي گردشگران داخلي هم از جذابيت هاي خاصي برخوردار است. محور البرز نيز مسيري در ارتفاعات شرقي- غربي ايران است، كه از استان هاي آذربايجان، گيلان، مازندران، گلستان و خراسان مي گذرد و در حال حاضر بيشترين سهم را در گردشگري داخلي ايران به خود اختصاص داده و سالانه ميزبان بيش از 20 ميليون نفر گردشگر داخلي است.
محور كوير شامل دهكده هاي گردشگري جزيره سرگردان قم، تفت يزد و ماهان كرمان است و محور زاگرس دهكده هاي گردشگري شوراب لرستان، كوهرنگ چهار محال، بيستون كرمانشاه، مهارلو فارس و جزيره شيف بوشهر است. محور البرز دهكده هاي گردشگري جزيره آشوراده، بندر گز و بندر تركمن در گلستان، پارك جنگلي گيسوم در گيلان، جزيره اسلامي در آذربايجان شرقي و نيشابور در خراسان را براي پيوستن به وعده دهكده هاي گردشگري دارد. (گروه بين‌المللي ره‌شهر، 1388: 75)
2-7 ارائه الگوها و نمونه هاي مشابه در سطح كل، جزء و خرد فضاهاي مجموعه
در آخرين گام از فرايند ارائه ديدگاههاي اوليه طراحي در نسبت با موضوع طرح، نوبت به ارائه الگوها و نمونه هاي مشابه كل، جزء و خرد فضاهاي پيش بيني شده در سطح مجموعه، خواهد
رسيد. بدين منظور، در اين بخش سعي مي گردد تا با اتكاء به نمونه ها ي اجراء شده ، نسبت به دورنمايي مقدماتي از نظام شكل و عملكرد جزء و خرد فضاهاي پيش بيني شده در دهکده گردشگري وارش اقدام گردد.
2-7-1 ارائه الگوهاي مشابه در سطح كل فضا
2-7-1-1 پارك مركزي شاتين(central park)
پارك مركزي شاتين از جهاتی به دهکده مورد طراحی نزديك مي باشد، به عنوان مثال استفاده از آب در زيبا سازي مناظر، وجود فضاهاي سبز، وجود فضاهاي بازي، ا ستفاده از مجسمه در پارك و ... و همچنين به لحاظ استفاده تلفيقي از سبكهاي سنتي و نو به عنوان نمونه اي مشابه در نظر گرفته شده است.
شاتين همانطور که در تصویر شماره2-1 نشان داده شد، شهر جديدي در هنگ كنگ است و داراي پاركي مركزي با عنوان شاتين مي باشد. پارك مركزي شاتين تركيبي از شكلهاي سنتي محلي و بين ا لمللي است. زمين احياء شده، بخش بزرگي از اين پارك را تشكيل مي دهد كه اقتباسي بزرگتر ولي نه چندان دقيق از سبكهاي مينياتوري باغهاي قديمي چيني است عملكرد اصلي اين شيوه، پنهان سازي ساختمانهاي اطراف در عين ارتباط بصري با كوههاي بالا و پشت ساختمانهاست.
2587625-16573500-62230-20828000

تصویر2-1- موقعيت پارك مركزي شاتين روي نقشه شهر شاتين
پارك مركزي شاتين حدود يك كيلومتر در راستاي كناره رودخانه دره "شينگ مان " امتداد يافته و عرض آن بين 80 تا 120 متر متغير است در قسمت پايين رودخانه ، استاديوم عمومي ورزشي و ميدان اسب دواني شاتين قرار دارد و در نزديكي آن مركز ورزشي "جوبيلي "، كلوپ پارو زني هنگ كنگ، چند زمين بازي اسكواش و يك استخر شنا واقع شده است. در تصویرهای 2-2و2-3 قسمت هایی از محوطه داخلی پارک نشان داده شده است.

– (94)

تقليل نقش مخرب مداخلات توسعه اي در سطح اراضي واقع در محدوده طرح
ايجاد بسترهاي لازم جهت حفاظت و صيانت پايدار از منابع طبيعي توسط مردم
ايجاد بسترهاي لازم جهت حظور مديريت شده مردم در اراضي ملي و طبيعي به منظور جلوگيري از روند تخريب ارزشهاي زيست محيطي منطقه
توسعه فضاهاي سبز اعم از جنگل كاري، درختكاري و ... و نيز فضاهاي آبي اعم از مسيرهاي آبي، بركه ها و آبگيرها، در جهت تلطيف هوا و ارتقاء شاخص هاي زيست محيطي محدوده بستر طرح
1-2-3-2 اهداف عملكردي
هدف كلان عملكردي اين پروژه، ارائه يك برنامه فيزيكي عملكردي بهينه براي اراضي بستر طرح، در نسبت با قابليت ها و محدوديت هاي منطقه، در جهت ايجاد يك دهکده گردشگري به منظور رفع نيازها و كمبودهاي موجود در حوزه هاي تفريحي - فراغتي و اكوتوريستي مي باشد كه از طريق اهداف عملياتي ذيل قابل حصول خواهد بود
تجزيه و تحليل وضعيت موجود عملكردي سايت و ارتباطات و تعاملات آن با عملكردهاي همجوار وشاخص منطقه
ارتقاء سطح كيفي و كمي عملكرد سايت در نسبت با قابلیت ها و محدوديت هاي آن و در نسبت و تعامل با ساير فضاها و عملكردهاي تفريحي، فراغتي و ورزشي موجود در سطح استان
ايجاد مناظر و مراياي مناسب و شايسته در حاشيه رودخانه هراز
ايجاد مركز جديد فعاليت هاي تفريحي - فراغتي در استان مازندران ، با توجه به كمبود هاي موجود
پاسخگويي به نيازهاي تفريحي - فراغتي در سطح استان، از طريق استقرار عملكردهاي مورد نياز در مقياس مناسب
1-2-3-3 اهداف اجتماعي، فرهنگي و اقتصادي
هدف اجتماعي، فرهنگي و اقتصادي اين طراحی، یک نظام بهينه اجتماعي، فرهنگي و اقتصادي متناسب با منطقه طرح و سايت پروژه، در نسبت با ساختار جمعيتي و موقعيت اجتماعي و اقتصادي بهره برداران از مجموعه و كاهش ناهنجاري ها و ارتقاء هنجارهاي اجتماعي درسطوح داخلي و خارجي مرتبط با سايت پروژه و نيز ايجاد فرصت هاي اقتصادي و شغلي جديد مي باشد، به نحوي كه متضمن بازخوردهاي اقتصادي مثبت براي جامعه طرح نيز باشد. اين امر از طريق اهداف عملياتي ذيل پيگيري خواهد شد:
پالايش روحي و رواني بهره برداران منطقه حوزه نفوذ طرح، از طريق ايجاد فضايي شاد و مفرح بر اساس یک طراحی مناسب
ايجاد فرصت هاي شغلي و اقتصادي جديد در جهت ارتقاء توان اقتصادي ساكنان منطقه با جذب توریست در کنار اشتغال زایی برای افراد منطقه و طراحی بازارچه های محلی
پاسخگويي به نيازهاي تفريحي- فراغتي مراجعان در جهت بازيابي قواي جسمي، ذهني و روحي با طراحی فضاهای سرگرم کننده
ارتقاء كيفيات و شاخص هاي كنترلي - امنيتي و كاهش ناهنجاري ها و بزه هاي اجتماعي درسطوح دروني سايت
ايجاد زمينه هاي اجتماعي و فرهنگي لازم به منظور جلوگيري از تخريب محيط زیست و فضاي بكر و طبيعي محدوده پروژه واهمیت عبور رودخانه از قلب شهر با پررنگ سازی اهمیت و نقش حیاتی آب در زندگی انسان با ترکیب آب و معماری
برای رسیدن به هدف اصلی (طراحی دهکده گردشگری) با توجه به اهداف فرعی(برنامه فیزیکی، مطالعات اقلیمی، بررسی پارامترهای تاثیرگذار و ...) باید گام برداشت . به نحوي كه ، بتواند به ايفاي نقش تفريحي - فراغتي با ملاحظات زيست محيطي، عملكردي و زيبائي شناختي، در جهت گذران اوقات فراغت و با هدف ارتقاء ابعاد روحي، جسمي و ذهني جمعيت بهره گير از آن و نيز حفظ و صيانت از فضاهاي بكر و طبيعي ، بپردازد.
1-2-4 پيشينه تحقيق يا ادبيات مربوطه
سابقه پردیس های ایرانی را می بایست در دوران باستان جستجو نمود در عین حال باغ شهرهایی که در دوره صفویه در ایران و بخصوص در اصفهان ایجاد شد را الهام بخش "ابنزرهاوارد" واضع تئوری باغ شهرها دانست. مشخصا از دهه 1350احداث پارک ها و باغ به سبک کشورهای اروپایی در ایران باب شد. (ابراهیم زاده، 2:1387)
آغاز توجه به فضای سبز درون شهری در غرب را در معنا و مفهوم دوران جدید صنعتی بایستی در عصر انقلاب صنعتی و دگرگونی های ناشی از آن در ابعاد سیاسی اقتصادی اجتماعی و فرهنگی جستجو کرد. (ابراهیم زاده، 3:1387) آسایش و ایجاد شرایط لازم برای یک زندگی مطلوب همواره هدف انسان بوده است تغییرات انجام شده در روی کره زمین بدست بشر و به منظور ایجاد آسایش و رفاه انسان صورت گرفته است. در ابتدا زندگی شهری با بکارگیری شیوه های سنتی برای ادامه زندگی در کنار طبیعت آغاز شد ولی با صنعتی شدن جوامع شهر نشین بطور قابل ملاحظه ای گسترش و تغییر شکل یافتند گسترش روز افزون صنعت منجر به دخل و تصرف در طبیعت و تخریب امکانات و منابع طبیعی معادن انرژی های طبیعی و جنگل ها شد، اکنون می باید در پی ایجاد شرایطی در جهت هماهنگی با محیط زیست و بوجود آوردن محیط زیستی پایدار بود. (ره شهر، 6:1382)
1-3 فرضیات و سوالات تحقيق
فرضیه احیا فضاهایی با پتانسیل بالا نقش موثر در بهبود توسعه شهری دارند.
سوالات اینکه:
چگونه می توان این بخش از شهر را به مرکز تفریحی فرهنگی تبدیل کرد؟
چگونه می توان آن را به نقطه قوت شهری تبدیل کرد؟
چگونه می توان با ایجاد فضای تفریحی جذب گردشگر کرد؟
چگونه می توان حضورپذیری و نفوذ افراد را در آن افزایش داد؟
1-4 روش تحقيق
در این رساله جمع آوري اطلاعات اوليه با روش کتابخانه ای می باشد واطلاعات منطقه مورد مطالعه از ، سازمان ميراث فرهنگي، گردشگري و صنايع دستي، سازمان نقشه ‌برداري ، گروه مهندسين مشاور ره‌شهر، مقاله‌هاي انجام شده در اين زمينه، سايت هاي معتبر كه مقالات و مطالعات دهكده‌هاي گردشگري را در اختيار كاربران قرار مي دهند مانند سايت سازمان جهاني گردشگري می باشد.
1-5 جمع بندی
در این پایان نامه بعد از بیان کلیات با توجه به اهمیت موضوع برای پاسخگویی به سوالات با در نظر گرفتن اهداف، در فصل دوم به بیان كليات و مباني نظري دهکده گردشگری می پردازیم تا به شناخت جامع تری در مورد آن برسیم در فصل سوم به بررسی وضع موجود و ارزش ها و پتانسیل های منطقه می پردازیم تا به تفکر عمیق تری برای طراحی برسیم و فصل چهارم ارائه برنامه فیزیکی است برای طراحی دقیق و اصولی و در نهایت فصل پنجم به بررسی شرایط اقلیمی و تحلیل سایت مورد نظر می پردازد تا با کمک این شناخت ها به یک فرم مناسب و قرار گیری صحیح در سایت بپردازیم.
فصل دوم
کلیات و مبانی نظری طرح
2-1 مقدمه
در اين فصل، بعد از شرح و توضيح برخي از نظريهها و مدلهاي رايج در رابطه با دهکده گردشگری به شناختي جامع نسبت به معاني و مفاهيم، مباني و نظريه هاي تئوريك مرتبط كه در واقع ترسيم كننده ذهنيت معنايي پروژه مي باشد، می رسیم و همراه آن بعد از بررسی نمونه های موردی در سطوح کل و خرد فضاها به راهکارها و پیشنهادات لازم جهت نیازسنجی فضاها و فرم ارتباطی بین آنها می رسیم که در نهایت در روند طراحی از آنها استفاده می کنیم.
2-2 تعاریف مفاهیم و نظریه های مرتبط با موضوع
در ابتدا به تعریف واژه های مرتبط با عنوان مانند تفريح، تفرج ، تفرجگاه، گردش میپردازیم تا به یک آشنایی کلی در این رابطه برسیم و بعد شرح عنوان های مرتبط و کاربرد آنها در بخش طراحی پایان نامه را بیان می کنیم.
2-2-1 تفریح
تفريح عبارتست ازهرگونه فعاليت يا عدم فعاليتي كه با قصد قبلي و با ميل و رغبت در اوقات فراغت انجام مي گيرد . بنابراين تفريح يك تجربه احساسي و لذت بخش است كه با تمايل افراد درهنگام فراغت به آنها دست مي دهد . به عبارت ديگر، هنگامي كه كوچكترين احساسي ازاجبار در فعاليت يا عدم فعاليت در زمان فراغت وجود نداشته باشد به طور قطع و مسلم اين حالت را مي توان تفريح ناميد . تفريح به طوركلي با كار، تباين كامل دارد و وجه تمايزآن، جنبه فعاليت آن نيست . بلكه وضع، حالت و احساسي است كه در آن به افراد دست مي دهد وآنها را فرا مي گيرد هرتفريحي در زمان فراغت انجام مي گيرد ولي همه او قات فراغت صرف تفريح نمي شود . فعاليت يا عدم فعاليتي كه بدون هدف و برنامه و بدون قصد قبلي باشد ، جزء تفريح محسوب نمي شود.(مجنونیان، 16:1374)
محققي به نام نيومين اين تعريف را ارائه مي دهد ((تفريح به هرنوع فردی يا گروهي اطلاق مي شود كه در اوقات فراغت صورت مي گيرد و از آنجا كه يك فعاليت آزاد، اختياري و لذت بخش است، جاذبه خاصي دارد)) كارلسن، ديپ و مكلين دركتاب تفريح در زندگي آمريكائي تعریف زير را ارائه مي كنند(( تفريح هر نوع كار لذتبخش درايام فراغت است كه افراد با اختيار و داوطلبانه در آن شركت مي جويند و به وسيله آن خود را خوشحال و سرگرم مي سازند))(شفیعی نسب،16:1383)
2-2-2 تفرج
تفرج به مفهوم ارزشيابي اوقات فراغت به منظوربازسازي و خوديابي رواني و فيزيكي مجدد شخص است تفرج در زبان انگليسي درقالب كلمهrecreation آمده است كه از ريشه لاتين مي باشد كه re به معنی تکرار مجدد و creation به معني خلق كردن وساختن م ي باشد و درمجموع به معني خود بازسازي (دوباره سازي و بازسازي) روحي و فيزيكي شخص ، براي شروع يك دوره فعاليتي- كاري جديد است.( شفیعی نسب،13:1383)
تفريح به طوراعم هرنوع سرگرمي و بازي فعاليتي كه در اين زمينه خواه در فضاي بسته وخواه در فضاي باز انجام مي شود گفته مي شود . اما كليه بازيها و سرگرمي هايي كه معمولا درهواي آزاد و خارج ازمحيط منزل و سكونت، مخصوصاً درمنابع طبيعي انجام مي گيرد مانند قدم زدن درطبيعت ، تماشاي مناظر درجنگل ها ومراتع ، اسب سواري، قايق راني، اسكي، كمپينگ، پيك نيك و ...انجام مي شود تفرج ناميده مي شود(توکلی،92:1371) تفرج در محيطهاي باز به فضا و منابع نياز دارد. ازمناسب ترين منابعي كه مي تواند كيفيت تفرج را بالا ببرند مي توان منابع طبيعي و كمتر تغييريافته را نام برد كه هنوز جنبه هاي زيبايي شناسي خود را حفظ كرده اند. استفاده از تمام اشكال پاركها بدون توجهه به كيفيت، گستردگي يا مسافت و دسترسي، به معني تفرج است. (مجنونیان،16:1374)
2-2-3 تفرجگاه
يك منبع طبيعي براي تفرج ، عبارت است از هرگونه سيستم طبيعي اعم ازآب يا خشكي كه براي استفاده تفرجگاهي كنارگذاشته مي شود يك تفرجگاه مي تواند طيف گسترده اي از سيماهاي طبيعي را ازيك جويبار ساده تا يك غاركه درعمق زمين قراردارد را در بربگيرد استفاده يا امكان استفاده ازسيستم هاي طبيعي ، شرط اوليه براي تبديل آن به يك منبع تفرجگاهي بالفعل يا بالقوه است. (مجنونیان،15:1374)
2-2-4 گردش
گردش عملي تفريحي است كه به صورت غير رسمي به مصرف وانگيزه ، شرايط زماني ومكاني ، توان اقتصادي ، سطح فكري و فرهنگي ، فراهم بودن امكانات و علاقه منديهاي شخصي در مورد هر فرد يا گروه موضوعیتی منحصر به فرد پيدا مي كند.(حقانی،4:1381)
2-2-5 فضای سبز و اهمیت آن
جنبه هاي تفريح و گذراندن اوقات فراغت امروزه فضاي سبز را به عنوان يك ثروت ملي با ارزش درآورده است كه بصورت منابع سرمايه و مستقيم يا غيرمستقيم در خدمت دولت هستند بطوري كه رابطه بسيار نزديك و ناگسستني بين تقليل در هزينه ها ي درماني ، افزايش سطح
بهداشت عمومي ، اعتلاي كيفيت زندگي و بالارفتن طول عمر متوسط با توسعه فضاي سبز و درختكاري وجود دارد. (خادمی، 6:1365)
با توجه به مطالب بیان شده در طرح مورد نظر هم فضای سبز نقش بسزایی را ایفا می کند از جمله اهمیت های آن در کاریری مورد نظر در طراحی می توان موارد زیر را نام برد که در طراحی حتما به آنها می پردازیم :
الف- اهميت فضاي سبز در مبارزه با آلودگي
ب- اهميت فضاي سبز درجلوگيري ازآلودگي صوتي
پ- تعديل درجه حرارت
ت- تأثيرفضاي سبزدر روحيه افراد
ث- زيبايي آفريني
ج- نفوذپذيري وجلوگيري از فرسايش
2-2-6 پارک
پاركها عبارتند از فضاهاي سبزطراحي شده با كاربريهاي مختلف براي استفاده هاي عمومي ، ازنظرپژوهش ، آموزش ، تفرج وحفظ سلامت محيط و مردم مي باشند در واقع بخش ها و بافت هايي از شهر كه عموم مردم به آن دسترسي فيزيكي و بصري دارند و در آن فعاليت هايي صورت مي پذيرد. در واقع مكاني براي گذراندن اوقات فراغت، تعامل، گفتگو، آموزش و… مي باشد. (سازمان مديريت و برنامه ريزي كشور،26:1380)
ريچارد كارپنتر در واژه نامه اكولوژي خود واژه پارك لند را اين گونه تعريف مي كند ((پارك لند به منطقه اي گفته مي شود كه در آن درختان به صورت گروه گروه يا به صورت مجزا از هم دربستري ازپوشش علفي پراكنده اند)) اين واژه امروزه بيش از هر واژه ديگري به اراضي طبيعي با درختزارهاي پراكنده و شبه جنگلي كه براي نوع خاصي از فعاليتهاي تفريحي از قابليت لازم برخوردارند ، گفته مي شود. تعاريف زير در فرهنگ هاي مختلف گوشه اي از ويژگي هاي پارك را نشان مي دهند.
پاركها معمولاً فضاهايي هستند كه استفاده هاي متنوع در عين حال محدود و غيرمشخص دارند و با شكلي انعطاف پذير وحداقل ساخت و ساز و حداكثر استفاده از مصالح طبيعي جهت گردش، استراحت ، تفريح ، تفكر، بازي و ... بنا مي گردند . (ايزدپناه جهرمی،11:1381)
با توجه به تعریف پارک وجود چنین فضایی در طراحی دهکده لازم است و می توان پارک هایی با عنوان های اختصاصی مانند پارک کودکان، پارک زنان را در بخش های مختلف آن طراحی کرد.
2-2-7 آب و معماری
در همه دوران هاي تاريخي، معماران ما، آب را در مجموعه هاي خود وارد مي كردند و گنجينه اي از خصوصيات فيزيكي، مذهبي و اسطوره اي آن را به خدمت مي گرفتند تا معماري آنها از غناي بيشتري برخوردار باشد. پيش از ظهور اسلام در ايران، معماري در كنار آب و در دامن طبيعت بدون آنكه آنرا مخدوش سازد، حضور داشت. نقش آب بيشتر نقشي تجريدي بود، نياشگاهها )معابد آناهيتا، آتشكده ها و...) در كنار آب و در نهايت احترام به وجود آب شكل مي گرفتند. گويي آب و آتش بطور مسالمت آميز در كنار هم قرار مي گرفتند و وسعت خود را جشن مي گرفتند. نمونه هاي آن را در آتشکده آذرگشنست و آتشکده کاریان شاهد هستیم آب در شکل گيري باغ ايراني نقش اصلي و درختان، گياهان و گل ها بعد از آب مهمترین نقش را دارند كه جريان حضور آنها خود ريشه در آب دارد. حضور آب در باغ ايراني، شکل دهنده شخصيت محيط اطراف است .(عمران شهران گیلان،49:1387)
از زماني كه انسان شروع به ساخت شهرها در كنار رودخانه كردند، تركيب و نحوه جريان رودخانه ها سبب شكل گيري طرح خياباني، کوچه ها و پار ك ها شده است. شبكه بندي موازي و عمودي با محور رودخانه ها در تمام شهر گسترش می يابد و خيابانها و بلوك ها ساختماني را تشكيل مي دهد. درحقيقت پل ها به عنوان واسطه عمل می كنند. در اصفهان منطقه ارمني نشين جلفا در سوي ديگر زايند ه رود قرار گرفته سي و سه پل این منطقه را به ساير مناطق شهر پيوند می زند. سایت مورد نظر برای طراحی در شهرستان آمل در مکانی واقع شده که از دو جهت با پل و یک جهت با رودخانه همجوار است. پل ها اغلب داراي موقعيت شهري برجسته اي هستند و اگر چنانچه جذاب باشند به سمبل شهري تبديل می شود مثل پل خواجو و سي و سه پل و پل معلق در آمل. بر خلاف فواره ها چشمه ها و رودخانه ها كه ذاتاً عناصر جنبشي هستند، آبگيرها و حوض ها عناصري آرام هستند كه آب حاصل از چرخه آب را جمع آوري می كنند.
بر روی رودخانه هراز درون شهر آمل پنج پل عبور می کنند که همگی پل ارتباطی دو بخش اصلی شهر می باشند دو پل مربوط به دوره پهلوی و باقی در چند سال اخیر ساخته شده اند که جز سمبل های شهر محسوب می شوند. همانطور که ذکر شد داراي موقعيت شهري برجسته اي هستند خصوصا پل معلق در کنار سایت مورد نظر برای طراحی که از سبک طراحی طاق مانند پایه های پل می توان در طراحی استفاده کرد. و به دلیل ارزش های تاریخی پل ها بهتر است بناهای مورد طراحی از نظر ارتفاع و ظاهر با آنها هماهنگ باشند.
آب هاي راكد به طور طبيعي انعكاس دهنده تصاويرهستند و به دليل انعكاس پذيري خود، عامل تعيين كننده اي در تركيب هستند. سطح آينه اي آنها محيط اطراف را مي پذيرد و سپس منعكس می كند. در معماري ما حوض ها به عنوان سمبل آب راكد استفاده مي شوند و با اشكال هندسي منظم خود، متعادل كننده بنا هستند حوض هاي جلوي بناها، مكمل معماري مي شوند و مانند آينه آنها را در خود منعكس مي كنند كه نمونه بارز آن چهلستون اصفهان است .
پیشنهاد دیگری که برای طراحی محوطه می توان بیان کرد استفاده از همین حوض ها و آبنماها است، که با ایجاد شکست در مسیر رودخانه و داخل کردن آب به داخل سایت به ترکیب آن با معماری می پردازیم حركت جاري آب در مقابل ايستايي و ثبات معماري، تضاد زيبايي است.
2-3 نظریه ها
2-3-1 گردشگری(توریسم و انواع آن)
گردشگري (توريسم) بر اساس تعريف سازمان جهاني توريسم(‌‌WTO)، به فعاليت‌هايي اطلاق مي‌شود كه به مكان‌هايي خارج از محيط عادي خود به منظور گذران ايام فراغت، انجام كار و ساير هدف‌ها، مي‌روند. توريسم در تعريف وسيع آن شامل افرادي مي‌شود كه در ارتباط با كار و حرفه‌ي خويش سفر مي‌كنند و آنان كه فعاليت‌هاي علمي و تحقيقاتي انجام مي‌دهند. به اين ترتيب، دامنه‌ي تاثيرگذاري توريسم بر محيط و تاثيرپذيري آن از محيط، بسيار وسيع‌تر مي‌شود. همچنين توريسم مجموعه تعامل‌هايي است كه در فرآيند جذب و ميهمانداري، بين توريست‌ها، سازمان‌هاي مسافرتي، دولت هاي مبدا، دولت‌هاي ميزبان و مردم محلي برقرار مي‌شود.
توريسم يك مقوله‌ي چند بعدي است و با عوامل متعددي در ارتباط است. عوامل عمده و تاثيرگذار در صنعت توريسم عبارت‌اند از: توريست‌ها، دولت‌هاي مبدا، دولت‌هاي مقصد، مردم بومي، سازمان‌هاي توريستي (آژانس‌هاي مسافرتي داخلي و بين‌المللي)، موسسات آموزشي (دانشگاه‌ها و سازمان‌هاي فني و حرفه‌اي) سازمان‌هاي خدماتي (هتل‌ها، متل‌ها، ميهمان‌پذيرها)، زيرساخت‌هاي اقتصادي (جاده‌ها، شبكه فاضلاب، شبكه‌هاي ارتباطي)، شبكه‌ي حمل و نقل (هوايي، زميني، دريايي)، جذابيت‌هاي توريستي (تاريخي، طبيعي، فرهنگي...) كليه اين عوامل تحت تاثير عوامل محيطي مانند عوامل فرهنگي و اجتماعي، سياسي و امنيتي، اقتصادي، تكنولوژي و محيط زيستي قرار دارند. (زاهدی، 4:1385)
2-3-2 نوع شناسی گردشگری (تورسیم)
در اين قسمت به چند نوع طبقه‌بندي از توريسم اشاره مي‌شود تا بعد از آشنایی با انواع مختلف آن بتوان نوع توریسم مورد نظر در این طراحی را مشخص کرد و بر اساس نیازهای آنها طراحی کرد :
2-3-2-1 توریسم انبوه
توريسم انبوه عبارت است از توريسم تجاري معمولي كه در سطح گسترده‌اي در سراسر جهان وجود دارد. اين قبيل فعاليت هاي توريستي توسط شركت‌هاي بزرگ توريستي انجام مي‌شود و بازارهاي خاص خود را دارد كه معمولا در نواحي خاصي از جهان تمركز دارند.
توريسم انبوه از نظر انگيزه‌ي مسافرت و مقصد انتخابي متفاوت است. در اين نوع توريسم، جهانگردان در جست و جوي اصالت، تازگي و تنوع در محل‌هاي مورد بازديد هستند.
2-3-2-2 توريسم فام يا توريسم فرهنگي،اكوتوريسم و ماجراجويانه
كلمه‌ي فام از حروف اول كلمات فرهنگي، اكوتوريسم و ماجراجويانه تشكيل شده است. در اين طبقه‌بندي توريسم به سه دسته تقسيم شده است در توريسم فرهنگي، هدف توريست ديدار از مراسم، خصوصيات، و نمودهاي فرهنگي جامعه‌ي ميزبان است.
در اكوتوريسم، ديدار از طبيعت در كانون توجه توريست‌ها قرار دارد توريسم ماجراجويانه نيز با خطرپذيري و ماجراجويي ملازمه دارد ارتباط بين اين سه نوع توريسم در نمودار2-1- نشان داده شده است.
توريسم ماجراجويانه
توريسم فرهنگي
اكوتوريس
م
توريسم فام
توريسم ماجراجويانه
توريسم فرهنگي
اكوتوريس
م
توريسم فام

نمودار 2-1 ارتباط تعاملي انواع توريسم2-3-2-3 توریسم عادی و توریسم طبیعت گرا
در اين طبقه‌بندي، توريسم به دو دسته‌ي توريسم عادي و طبيعت‌گرا تقسيم شده است. اگر چه همه‌ي انواع توريسم به نحوي با طبيعت مرتبط مي‌شوند، ولي در اين طبقه‌بندي، استفاده‌ي نهايي مورد نظر نيست البته ترسيم خط‌مشي بين انواع توريسم امكان‌پذير نيست و در مواردي امكان تداخل و همپوشي وجود دارد، براي مثال توريسم ورزشي با اكوتوريسم و توريسم فرهنگي با توريسم تاريخي و توريسم زيارتي همپوشي دارد.
2-3-2-3-1 توريسم عادي
توريسم عادي نوعي از توريسم است كه مقصد انتخابي آن الزاما با طبيعت سروكار نداشته باشد اين نوع توريسم را مي‌توان به نوبه‌ي خود در چند نوع فرعي‌تر تقسيم‌بندي كرد.
الف. توريسم تاريخي و باستاني
در اين نوع توريسم، جهانگردان به جذابيت هاي تاريخي و آثار باستاني توجه مي‌كنند، مانند: آثار تخت جمشيد در ايران، اهرام ثلاثه در مصر، آثار تاريخي در رم و يونان.
ب. توريسم زيارتي
در اين نوع توريسم، مكان‌هاي زيارتي و مراسم و شعاير مذهبي مدنظر توريست‌ها قرار مي‌گيرد، مانند زيارت كعبه، اورشليم و مشهد نمونه‌هايي از مراسم و شعاير مذهبي كه توجه برخي از جهانگردان را جلب مي‌كنند عبارت اند از: مراسم عزاداري عاشورا و مراسم قالي‌شويان اردهال.
ج. توريسم فرهنگي
بسياري از توريست‌ها به بازديد و حضور در مراسم فرهنگي و هنري علاقمندند و برنامه‌ي سفر خود را به گونه‌اي تنظيم مي‌كنند تا با فصل اين آيين‌ها و مراسم هماهنگ باشد. شركت در برنامه‌هاي هنري مانند كنسرت موسيقي، اپرا و تاتر را نيز مي‌توان در اين طبقه قرار داد.
د. توريسم ورزشي
برخي از جهانگردان براي رهايي از زندگي يكنواخت سراسر كار و مشغله‌ي خود در جست وجوي زمان و مكاني هستند تا ملزم به انجام تمرينات ورزشي شوند عده اي نيز براي بازديد از رواديد‌ها و مسابقات ورزشي عزم سفر مي‌كنند و به ديدار نقاطي مي‌روند كه از امكانات ورزشي خاص برخوردار باشد.
توريسم ورزشي قدمتي طولاني دارد مسابقات المپيك جهاني مصداق بارزي از توريسم ورزشي است كه انبوه كثيري از توريست‌ها را به سوي خود مي‌كشاند و درآمد سرشاري راعايد كشورهاي ميزبان مي‌نمايد.
ه. ديدار از بستگان و دوستان
هدف برخي از مسافرت‌ها ديدار از دوستان و آشنايان است البته در كنار اين ديدارها ممكن است بازديدهايي نيز از جذابيت‌هاي توريستي به عمل آيد اما كانون اصلي توجه در اين مسافرت‌ها، ديدار از بستگان و آشنايان است.
2-3-2-3-2 توريسم طبيت‌گرا
توريسم طبيعت‌گرا آن دسته از فعاليت‌هاي توريستي را شامل مي‌شود كه مستقيما با منابع و جذابيت‌هاي طبيعي سروكار دارند.
توريسم طبيت‌گرا را مي‌توان در شش دسته‌ي فرعي دسته‌بندي كرد:
الف. توريسم ساحلي
ب.توريسم ماجراجويانه
ج.توريسم مصرفي
د.توريسم محصور
ه.توريسم سلامتي
و.اكوتوريسم
در اينجا به توضيح مختصر هر يك از اين انواع مي‌پردازيم:
الف. توريسم ساحلي يا ماسه‌ای
اين نوع توريسم با تفريحي شدن سواحل مديترانه، قسمت‌هايي از اقيانوس آرام و آسياي جنوب‌شرقي ارتباط نزديك دارد. در واقع اين نوع توريسم با توسعه‌ي بي‌رويه‌ي خود موجب پديدآمدن اثرات منفي اقتصادي، فرهنگي، اجتماعي و محيط زيستي در اين مناطق شده است. در ايران نيز استفاده بي‌رويه و نسنجيده از امكانات طبيعي سواحل كشور و تحميل ضايعات و پسماندهاي آلوده به اين مناطق باعث شده كه صدمات جبران‌ناپذيري بر زيست ‌بوم منطقه وارد آيد.
ب. توريسم ماجراجويانه
توريسم ماجراجويانه نوعي از توريسم است كه تا حدودي با خطر ملازمه دارد و فعاليت فيزيكي و مهارت ويژه‌اي را مي‌طلبد نمونه‌هايي از اين توريسم عبارتند از: اسكي‌روي آب، كوهنوردي، دريانوردي، غارنوردي، كه در كليه‌ي اين فعاليت‌ها، طبيعت، فرد را به تلاش و چالش وا مي‌دارد و اين تلاش‌ها با هيجان همراه است.
ج. توريسم مصرفي
در كليه‌ي انواع توريسم، به طور عام عامل مصرف وجود دارد. ولي توريسم مصرفي اشاره به فعاليت‌هايي دارد كه به مصرف و آسيب رساندن به منابع طبيعي مي‌انجامند.
متداولترين نوع توريسم مصرفي، ماهيگيري و شكار است. اين نوع توريسم با انتقادات فراواني مواجه شده است. از جمله اينكه كشتن جانوران از نظر محيط زيستي، سبب ايجاد اختلال در توازن بيولوژيكي مي‌شود.
د. توريسم محصور
منظور از توريسم محصور آن نوع از توريسم است كه عواملي از محيط زيست طبيعي را تحت شرايط خاص و كنترل شده نگهداري مي‌كنند و در معرض ديد توريست ها قرار مي‌دهند، مانند باغ وحش ها، آكواريوم‌ها، قفس‌هاي پرندگان.
ه.توريسم سلامتي
توريسم سلامتي آن نوع از توريسم است كه با فعاليت هاي بهداشتي و درماني مرتبط مي‌شود و مورد توجه توريست هايي قرار مي‌گيرد كه به خواص درماني منابع طبيعي توجه دارند مانند: چشمه‌هاي آب‌گرم گياهان دارويي، سواحل لجني و گل‌هاي درماني.
و. اكوتوريسم
براي اكوتوريسم تعاريف متعددي ارايه شده است كه در اينجا به چند مورد اشاره مي‌شود:
1 بازديد از يك منطقه به منظور مشاهده‌ي سرزمين، جانوران و گياهان دست نخورده در آن منطقه.
2 سفر به طبيعت به نحوي كه در عين محافظت از اكوسيستم، به شان جوامع محلي نيز احترام گذارده شود. در اين تعريف، علاوه بر منابع طبيعي، به ارزش‌هاي مردم محل نيز احترام گذارده شود. در اين تعريف، علاوه بر منابع طبيعي، به ارزش‌هاي مردم محل نيز توجه شده است و ضرورت ايجاد توازن بين منابع طبيعي، توريسم، جامعه‌ي محلي و توريست‌ها مورد توجه قرار گرفته است.
3 هكتورسبالوس-لاكوزين‌‌ Hector Ceballos-Lascurianيكي از اولين كساني است كه در دهه‌ي1980 براي اكوتوريسم تعريف مشخصي ارايه كرده است، وي مي‌گويد:« اكوتوريسم يعني مسافرت به نواحي طبيعي تقريبا دست نخورده با هدف يادگيري، تحسين و استفاده از مناظر طبيعي، حيات‌وحش و همچنين نمودهاي فرهنگي گذشته و حال مردم بومي».
4 شوراي مشورتي محيط زيست كشور كانادا، اكوتوريسم را تجربه مسافرت به طبيعت مي‌داند كه به محافظت از اكوسيستم كمك مي‌كند و در عين حال شان جامعه‌ي ميزبان را نيز حفظ مي‌نمايد.
5 تعريفي كه از جانب موسسه‌ي ملي اكوتوريسم استراليا ارايه شده، چنين است: «توريسم طبيعت‌گرا كه با آموزش و آگاهي درباره‌ي محيط زيست طبيعي توام است و به گونه‌اي مديريت مي‌شود كه از نظر اكولوژيكي پايدار باشد».
6 اتحاديه بين‌المللي محافظت از طبيعت (IUCN) اكوتوريسم را چنين تعريف كرده است:
«اكوتوريسم عبارت است از مسافرت مسوولانه به نواحي نسبتا بكر طبيعي به منظور لذت بردن از طبيعت به نحوي كه اثرات منفي كمي بر طبيعت دارد و زمينه مشاركت اقتصادي-اجتماعي جمعيت بومي را فراهم مي‌آورد».
7 تعريف جامعه‌ي بين‌المللي اكوتوريسم (IES) از اكوتوريسم عبارت است از:
«اكوتوريسم عبارت است از مسافرت مسوولانه به نواحي طبيعي كه محيط‌زيست را محافظت و رفاه مردم محلي را تامين مي‌كند».(زاهدی،1385: 4-17)
با توجه به توضیحات بیان شده نوع توریسمی که برای طراحی دهکده مورد نظر باید در نظر گرفت توریسم طبیعت گرا از نوع اکوتوریسم و بخشی هم ساحلی می باشد با توجه به اینکه حفظ محیط زیست از رویکردهای طراحی ما است.
2-4 کلیات و تعاریف دهکده گردشگری
جهت انجام مطالعات در خصوص طراحی دهكده‌ گردشگري ابتدا بايد به بررسي كليات و مفاهيم دهكده‌هاي گردشگري، انواع و كاركردها و شرايط ايجاد آن ها بپردازيم در اين بخش از اين تحقيق به بررسي مفاهيم دهكده هاي گردشگري با اشاره به نمونه‌هاي خارجي مي‌پردازيم.
2-4-1 تعریف دهکده گردشگری
مكان هايي از يك استان هستند كه آن مكان يا فواصل نزديك به آن به لحاظ جاذبه هاي طبيعي، فرهنگي و تاريخي قابليت‌هاي لازم را براي جذب گردشگران دارند و نيازمند ايجاد تأسيسات و امكانات گردشگري و نيز اطلاع رساني مناسب اند. دهكده گردشگري به عنوان يك مركز براي تمركز گردشگران داخلي به منظور انجام سفرهاي درون استاني فراغتي، تعطيلاتي و سكونتي به مقصد جاذبه هاي متنوع گردشگري در سراسر استان مي‌تواند كانوني براي اسكان و توزيع گردشگران در سطح هر استان باشد. از اين رو اين كانون مي‌بايست داراي تمامي ويژگيهاي مورد نياز ساكنان، گردشگران و كساني كه اوقات فراغت خود را در دهكده مي‌گذرانند باشد. بنابر اين ساخت فضاهاي تفريحي، ورزشي ، خدماتي و رفاهي در حد استاندارهاي جهان امروز براي ايجاد دهكده پيش بيني مي‌شود.
رعايت ملاحظات زيست محيطي و توسعة پايدار نيز از ديگر مشخصه‌هايي است كه مي‌بايست در طرح‌هاي پيشنهادي مورد نظر قرار گيرد. در اين صورت مي‌توان اطمينان داشت كه چه به لحاظ اقتصادي و چه به لحاظ فرهنگي احداث چنين دهكده‌هايي از بازدهي مناسب برخوردار باشد. اهدافي كه در نظر است دهكده گردشگري به آن شناخته شود عبارتند از
افزايش شمار گردشگران در يك منطقه
افزايش درآمد عمومي از محل توسعه گردشگري
افزايش فرصتهاي شغلي
بالفعل كردن ظرفيتهاي بالقوه گردشگري در يك منطقه
جذب مشاركت بيشتر بخش خصوصي در توسعه‌ي گردشگري
افزايش جذب سرمايه گذاري
ارتقاي سطح خدمات عمومي به گردشگران (سازمان مناطق گردشگري كشور، 1381)
دهكده‌هاي گردشگري، نواحي هستند كه داراي برخي خصوصيات يك مكان به عنوان موضوع گردشگري است. در اين ناحيه رسومات و فرهنگ جوامع محلي هنوز دست‌نخورده و بكر باقي مانده است. دهكده گردشگري همچنين تركيبي از برخي عوامل حمايتي و حفاظتي است كه در آن علاوه بر اينكه طبيعت و محيط زيست بكر مي‌ماند مواردي از قبيل شيوه‌هاي آشپزي ، سيستم‌هاي كشاورزي سنتي و جوامع محلي نيز حفظ مي‌شوند.
ايجاد و تهيه تسهيلات مناسب براي تبديل يك مكان به عنوان مقصد گردشگري داراي اهميت ويژه است اين تسهيلات باعث مي‌شود كه بازديدكنندگاني كه مايل به گردشگري در اين
مكان‌ها هستند از تعطيلاتشان در اين مكان لذت ببرند. اين مكان‌ها داراي فضاهايي هستند و يا در آنها فضاهايي ايجاد شده است كه باعث مي‌شود بازديدكنندگان لحظات جالب و به يادماندني را در فضايي متفاوت با محل زندگي خودشان تجربه كنند. در ادامه به معرفی انواع دهکده های گردشگری می پردازیم تا نوع مورد نظر در طراحی را معین کنیم.
2-2-4 ا نواع دهکده گردشگری
دهكده هاي گردشگري با توجه به قابليت‌هاي طبيعي كه در آنجا مكان‌يابي و ساخته مي‌شوند و همچنين با توجه به نقش‌ها و عملكرد‌هاي مختلف به انواع مختلفي دسته‌بندي مي‌شوند. دهكده‌هاي گردشگري بر اساس مقدار قابليت‌ها و جاذبه‌هاي اطراف ممكن است داراي اقامتگاه‌ باشند يا اينكه تنها كاربري‌هاي محدودي را شامل شوند. پس از بررسی به این نتیجه می رسیم که دهکده مورد نظر در طراحی از چه نوعی می باشد.
2-4-2-1 شهرک ها و دهکده های سلامت
گردشگري سلامت(Health Tourism) نوعي از مسافرت است كه علاوه بر تفريح، فراغت و آسايش، سلامت و مراقبت‌هاي پزشكي را نيز به همراه دارد. در حال حاضر گردشگري درماني از رو به رشدترين بخش‌هاي صنعت گردشگري در جهان است و به سرعت در حال تبديل شدن به صنعتي جهاني است. به‌گونه‌اي كه در تمامي دنيا از مجموع افرادي كه به عنوان گردشگر وارد كشورها مي‌شوند(گردشگران بين‌المللي) هفت درصد را كساني تشكيل مي دهند كه براي درمان و استفاده از مواهب طبيعي آن كشور اقدام نموده‌اند.
زمينه‌هاي فعاليت در حوزه‌ي گردشگري سلامت در دنيا شامل: آب گرم‌هاي معدني(Health Spa)، برنامه‌هاي مديريت وزن(Program Weight Management)، اعمال جراحي آرايشي و پلاستيك(Cosmetic and Plastic Surgery)، اعمال جراحي جايگزيني مفاصل زانو،...(Knee replacement)، اعمال جراحي باي-پس شريان قلب (Coronary By-pass Surgery)، پيوند اعضا (Organ Transplant)، چشم‌پزشكي (عمل ليزيك) (Lasik Surgery)، دندان‌پزشكي و كاشت دندان (Implantation Dental)، توان‌بخشي( Rehabilitation and Recuperation) و...هستند.
از جمله مناطق پيشرو در حوزه‌ي گردشگري سلامت در دنيا (پيشرفته در اين حوزه) مي‌توان به بحرين، سنگاپور، كوبا، كاستاريكا، مجارستان، اردن، ليتواني، مالزي، تايلند، بلژيك، لهستان، تركيه، دبي، آمريكا، آفريقاي جنوبي و هند اشاره نمود. (زاهدی،17:1385)
2-4-2-2 دهکده ساحلی
دهكده‌هاي ساحلي معمولا به مكان‌هاي برون شهري اطلاق مي‌شوند كه در نواحي ساحلي كه داراي قابليت‌هاي جذب گردشگر هستند شكل گرفته و مكان‌يابي مي‌شوند. مانند دهكده‌ي ساحلي پانورمو در يونان كه در ابتداي تشكيل روستاي كوچكي بوده است اما عوامل متعدد باعث شده كه اين فضا تبديل به دهكده‌ي گردشگري شود. در دهكده‌هاي ساحلي عامل اصلي شكل‌گيري نزديك بودن يا همجواري با ساحل دريا است.(شهرکی،29:1390) که دهکده مورد نظر در طراحی از نظر برخی ویژگی ها نزدیک به این نوع دهکده می باشد.
2-4-2-3 دهکده کوهستانی
دهكده‌هاي كوهستاني كه در مناطق كوهستاني شكل مي‌گيرند معمولا داراي قابليت‌ ايجاد اقامتگاه‌هاي كوهستاني هستند و با توجه به شرايط جغرافيايي و اقليمي در آن مي توان فعاليت‌هايي نظير اسكي، اسنوبورد، كوهنوردي، صخره‌نوردي، اسنومبيل، پياده‌روي و راهپيمايي، دوچرخه‌سواري در كوهستان، پاراگلايدر و... را برنامه‌ريزي كرد. (شهرکی،31:1390)
2-4-2-4 دهكده‌هاي بياباني:
دهكده‌هاي بياباني در نواحي بياباني شكل مي‌ گيرند اين دهكده‌ها داراي اقامتگاه‌هايي به منظور انجام فعاليت‌هايي از قبيل رصد ستارگان، انجام سافاري در شن با استفاده از تجهيزات مخصوص، شترسواري، شترمرغ‌سواري، آشنايي با داروهاي گياهي و حيات وحش بيابان... ايجاد مي‌شود از مهم‌ترين كشورهايي كه در تعيين مكان و تجهيز نواحي بياباني جهت توسعه‌ي صنعت گردشگري فعاليت كرده‌اند مي‌توان به كشور امارات و بيابان‌هاي اطراف دبي اشاره كرد. (شهرکی،33:1390)
بنا بر موارد ذکر شده نوع دهکده مورد نظر برای طراحی تقریبا از نوع دهکده های ساحلی می باشد.
2-5 گردشگری و توریسم

– (93)

متغیر آسیب
آسیب بحرانی
نرخ آسیب
چگالی سطح ناپیوستگی‌های ماده در صفحه‌ای عمودی بر جهت
مدول الاستیسیته
مدول الاستیسیته ماده‌ی آسیب دیده
تابع پتانسیل اتلاف
نیرو F
تابع پتانسیل اتلاف کارسختی سینماتیکی
تابع پتانسیل اتلاف آسیب
تابع تسلیم
سطح آستا‌نه آسیب
ثابت‌های قانون توانی نورتن
بردار نرمال سطح
پارامتر آسیب متناظر با چگالی چگالی سطحی ریزترک‌ها و ریزحفره‌ها
کرنش پلاستیک تجمعی
نرخ کرنش پلاستیک تجمعی
کرنش پلاستیک تجمعی آستانه
شار حرارتی
آسیب ناشی از کرنش پلاستیک تجمعی
متغیر تنش سختی همسان
پارامتر ماده برای مدل سختی همسان
پارامترهای ماده برای مدل آسیب
چگالی انتروپی s
دما
زمان
پیش‌تنش سینماتیکی تک‌محور
تانسور پیش‌تنش
پارامتر ماده برای مدل سختی سینماتیکی
نرخ رهایی انرژی آسیب
ضریب انبساط حرارتی
تانسور پیش‌کرنش
دلتا کرانکر
سطح مقطع
سطح مقطع موثر
حجم المان مشخصه
کرنش آستانه آسیب
کرنش گسیختگی
کرنش
کرنش الاستیک
کرنش پلاستیک
نرخ کرنش پلاستیک
پارامتر ماده برای مدل سختی سینماتیکی
ضریب پلاستیک
نسبت پواسون
چگالی ماده آسیب دیده
چگالی
تنش
تنش موثر
تنش انحرافی
تنش ون‌میزز معادل
تنش هیدرواستاتیک
تنش گسیختگی
تنش نهایی
تنش ویسکوز
تنش تسلیم
چگالی انرژی ذخیره‌شده
نرخ چگالی انرژی ذخیره‌شده
آنتا‌لپی آزاد مخصوص گیبس
تابع انرژی پتا‌نسیل الاستیک
تابع انرژی پتا‌نسیل پلاستیک
تابع انرژی پتانسیل گرمایی
مقدمه
مقدمه
مقدمهتوربين‌هاي گاز یکی از اجزای بسیار مهم برای تولید انرژی در صنایعی نظیر هوافضا، دریانوردی، نفت و نیروگاه‌های حرارتی می‌باشند و كاربرد آنها در صنایع مختلف روز‌به‌روز در حال گسترش مي‌باشد. بنابراین مطالعه و بررسی ابعاد مختلف توربين گاز به منظور استفاده بهينه و توسعه آن، امروزه در مراكز تحقيقاتي دنيا اهميت ويژه‌اي پيدا كرده است. با توجه به اینکه توربین‌های گاز در شرایط کاری در برابر دما و نیروهای بسیار زیاد قرار می‌گیرند، دارای عمر محدودی هستند. بنابراین نیاز است که بتوان عمر اجزای آن را پیش‌بینی نمود. توانایی در انجام تخمین عمر ما را قادر به استفاده بهینه از تجهیزات مهندسی می‌کند که دارای مزایای اقتصادی بسیار زیادی می‌باشد.
یکی از اجزای بسیار مهم و اساسی توربین گاز، روتور آن می‌باشد که در معرض تنش‌ها و دماهای بسیار زیاد قرار دارد. اين شرايط كاري بحراني دما و تنش بالا باعث مي‌گردد که مكانيزم‌هاي تخریب مختلفي بر روي روتور اعمال شده و در نتيجه روتور به مرور زمان دچار زوال و افت خواص شود.
در زمينه علل واماندگي[1] روتور، تحقيقات متعددي صورت گرفته است و مهمترين مكانيزم‌هاي تخریب آن از جمله خزش، خستگي، اكسيداسيون و خوردگي از لحاظ ريزساختاري و فيزيكي بررسي شده‌اند. همچنين اثر متقابل اين واماندگي‌ها كه مي‌تواند ناشي از اثر همزمان دو يا بيشتر اين عوامل باشد، بررسي شده است. بر اساس نتایج حاصل، اندرکنش خزش-خستگي[2] از جمله مهمترین علل واماندگي در روتور توربين گاز مي‌باشد. اين پدیده كه ناشي از شرايط كاري سخت دما بالا و تنش‌هاي زياد مي‌باشد عمر روتور را محدود مي‌كند. تركيب تنش و دمای زياد باعث بروز پديده خزش شده و گراديان‌هاي شديد دمایی باعث خستگي حرارتي مي‌گردند. بنابراین مهمترین مکانیزم‌های تخریبی که در زوال روتور و در نتیجه کاهش عمر آن نقش دارند عبارتند از خستگی حرارتی، خزش و اندرکنش آن‌ها.
بر خلاف سایر قطعات توربین مانند پره‌ها و اتصالات، واماندگي روتور در حين عمليات مي‌تواند خسارات جبران‌ناپذير و سنگيني را به كل مجموعه توربین وارد كند. بنابراین سازندگان و کاربران توربین‌‌ها همواره در تلاش بوده‌اند تا بتوانند عمر مفید روتور را تشخیص داده و در زمان مناسب اقدام به تعمیر و در صورت لزوم تعویض آن کنند. علاوه بر این، تعویض روتور می‌تواند هزینه‌های سنگینی را متوجه نیروگاه‌ها کند. با توجه به این مطالب،‌ روشن می‌شود که تخمین دقیق‌تر عمر روتور به منظور استفاده بهینه از آن همواره از موارد مورد تحقیق پژوهشگران بوده و می‌تواند کمک شایان توجهی به کاهش هزینه‌ها در صنعت‌ کند. بنابراین آگاهي کامل و دقیق از مکانیزم‌های شكست و از كار افتادگي قطعات توربین به خصوص روتور، یک ضرورت محسوب می‌شود و می‌تواند با تخمین بهینه عمر، منجر به صرفه‌جویی اقتصادي قابل ملاحظه‌ای شود. از این دیدگاه،‌ اهمیت بحث تخمین عمر روتور توربین گاز روشن می‌شود.
لازم به ذکر است که پیشرفت‌های چشمگیر در زمینه تکنولوژی ساخت توربین‌های گاز موجب شده است که قسمت‌های مهم و دوار اجزای نیروگاه‌ها مانند روتور و اجزای توربین‌، تحت بارهای کاری و دماهای بسیار بالاتری نسبت به گذشته به‌کار گرفته شوند که این امر بر ضرورت گسترش تحقیقات جدید در این زمینه دلالت دارد.
مكانيك آسيب پیوسته[3]آسیب ماده یک فرایند فیزیکی است که طی آن ماده تحت بارگذاری دچار کاهش و زوال خصوصیات مکانیکی می‌شود و در نهایت می‌شکند. تضعیف ماده ناشی از پیدایش و رشد ریزترک‌ها[4] و ریزحفره‌ها[5] در بافت ماده است. علم مكانيك آسيب، علم مطالعه متغیرهای مکانیکی دخیل در این فرایندها در ماده تحت بارگذاری می‌باشد. بر خلاف ماهیت ناپیوسته‌ی آسیب، تئوری مکانیک آسیب پیوسته می‌کوشد تا رشد و گسترش این ناپیوستگی‌ها را در یک چارچوب پیوسته مدل‌سازی کند که این کار را با تعریف یک متغیر داخلی در محیط پیوسته انجام می‌دهد[1]. می‌توان گفت اگر مکانیک شکست[6] که علم بررسی و مدل‌سازی ناپیوستگی‌ها است را بتوان در چارچوب مکانیک پیوسته کلاسیک بیان نمود، به سمت مکانیک آسیب پیوسته رهنمون می‌شویم. در واقع هدف از گسترش مکانیک آسیب پیوسته پر نمودن فاصله موجود بین مکانیک پیوسته کلاسیک و مکانیک شکست می‌باشد. در دهه‌های اخیر تحقیقات زیادی بر روی مدل کردن فرآیند آسیب صورت گرفته، و تاکنون مدل‌های آسیب پیوسته‌ی متنوعی برای توصیف چنین پدیده ای در چارچوب مکانیک آسیب، ارایه شده است.
با وجود اینکه اصول و مفاهیم پایه مکانیک آسیب سابقه‌ای طولانی دارد، اما گسترش آن به خصوص برای مواد نرم در دهه‌های اخیر رخ داده است و از این جهت یک زمینه‌ی نسبتاً نو در علوم مکانیک به شمار می‌رود. در حال حاضر، مکانیک آسیب به عنوان یکی از مناسب ترین روش‌ها برای ارزیابی شکست در مواد نرم شناخته شده است[2].
هدف از انجام پژوهشهدف از انجام این پژوهش، تحلیل تنش‌هاي مكانيكي و حرارتي برای یک نمونه روتور توربین گاز می‌باشد. روتور توربین گاز در شرایط کاری تحت گراديان‌هاي شديد دمایی و تنش‌های بسیار زیاد قرار مي‌گيرد که منجر به ایجاد مکانیزم‌های زوال در روتور می‌شوند. می‌توان از پديده خزش در اثر تركيب دما و تنش‌های زياد و همچنین پدیده خستگي حرارتي در اثر تغييرات دما به عنوان مهمترین مکانیزم‌های آسیب در روتور نام برد. با توجه به اینکه دو پديده خزش و خستگی همزمان رخ می‌دهند، بنابراین ضروری است در تحلیل تنش‌ روتور اثرات این دو پدیده به‌طور همزمان در نظر گرفته شوند. در این پژوهش از تئوری مکانیک آسیب پیوسته برای تحلیل تنش استفاده شده است، زیرا این تئوری توانایی این را دارد که اندرکنش خزش-خستگی را در نظر بگیرد.
با توجه به هندسه پيچيده روتور و بارگذاری مختلط آن، در این پژوهش برای تحليل تنش‌هاي مكانيكي و حرارتي روتور، از نرم افزار المان محدود ABAQUS استفاده شده است.
همچنین با توجه به اینکه برای تحلیل تنش، نیاز به تعیین خصوصیات مکانیکی روتور موردنظر می‌باشد، با انجام آزمایش‌های مختلف بر روی ماده موردنظر، خصوصیات مکانیکی ماده تعیین شده‌اند.
چکیده مباحث مطرح شده در این پایان‌نامهپس از بیان مقدمات و هدف از انجام این پایان نامه، در فصل دوم به بررسی پژوهش‌های انجام شده در زمینه مکانیک آسیب و مدل‌های ارایه شده برای در نظر گرفتن اندرکنش خستگی و خزش پرداخته شده است.
در فصل سوم، مفاهیم اساسی مکانیک آسیب و قوانین حاکم بر پدیده آسیب معرفی شده‌اند و معادلات حاکم بر مسئله نیز بیان شده‌اند. سپس به بررسی اجمالی روش‌های اندازه‌گیری آسیب و نحوه استخراج پارامترهای لازم برای ماده موردنظر پرداخته شده است.
در فصل چهارم، شرایط کاری و هندسه روتور توربین گاز بیان شده است و چگونگی مدل‌سازی آن در نرم‌افزار ABAQUS شرح داده شده است.
در فصل پنجم، ابتدا روند شناسایی جنس فولاد روتور توربین بیان شده است. در ادامه چگونگی استخراج پارامترهای ماده به کمک آزمایش‌های انجام گرفته به تفصیل بیان شده است. همچنین به منظور اعتبارسنجی روند مدل‌سازی مسئله، تمامی آزمایش‌ها توسط نرم‌افزار ABAQUS شبیه‌سازی و با نتایج آزمایش‌ها مقایسه شده است.
در فصل ششم، نتایج حاصل از مدل‌سازی روتور آورده شده است. همچنین نتایج مدل‌سازی با نتایج حاصل از آزمون رپلیکا[7] مقایسه شده است.
در فصل هفتم، یک جمع‌بندی کلی از روند تحلیل مسئله ارایه و در پایان پیشنهاداتی در مورد ادامه کار بیان شده است.

مروري بر تحقيقات انجام شده
مروري بر تحقيقات انجام شده
مکانیک آسیب پیوستهشکست مواد یکی از زمینه‌های اساسی علوم مهندسی است که از دیرباز مورد مطالعه قرار گرفته است. در حدود سال‌های 1500 میلادی، لئونارد داوینچی[8] پدیده شکست را به وسیله خواص مکانیکی بررسی کرد. تاکنون مطالعات زیادی در زمینه‌ی شکست ماکروسکوپی صورت گرفته و معیارهای متنوع زوال (توابعی از مؤلفه‌های تنش یا کرنش)، برای بیان و تشخیص شکست مواد پیشنهاد شده است. از آن جمله می‌توان به معیارهای کلمب[9]، رانکین[10]، ترسکا[11]، ون‌میزز[12]، موهر[13] و کاکت[14] اشاره نمود. با این وجود، پدیده تخریب ناشی از زوال تدریجی ماده در دهه‌های اخیر مورد توجه قرار گرفته است[3].
سال 1958را می‌توان به عنوان نقطه آغاز مکانیک آسیب پیوسته در نظر گرفت. در این سال کاچانف[15]، کاهش سفتی و زوال ماده را به ریزترک‌ها و حفره‌های درون ماده نسبت داد و یک متغیر پیوسته را بر مبنای چگالی این عیوب معرفی نمود[4]. پس از آن رابتنف[16] (1968) مفهوم تنش موثر[17] را بیان نمود[5]. گسترش و پایه‌ریزی مکانیک آسیب پیوسته در دهه 1970 عمدتا بر اساس این دو تعریف فوق انجام گرفت. لازم به ذکر است که هر دو‌‌ی افراد مذکور، شکست خزشی در فلز تحت بارگذاری تک محور را مورد بررسی قرار داده بودند.
اولین موج مقالاتی که در پی کارهای اولیه کاچانف در رابطه با موضوع مکانیک آسیب به‌وجود آمد، جنبه‌های گوناگون خزش در فلزات را مورد بررسی قرار داد. تعداد زیادی از محققان مثل ادکویست[18] و اریکسون[19] (1963)، هالت[20] (1974،1973) و برابرگ[21] (1974) شکست خزشی در کشش تک‌محور را مورد بررسی قرار دادند[6].
یکی از تعاریف بسیار مهم در مکانیک آسیب توسط لومتر[22] در سال 1971 انجام گرفت[7]. وی اصل کرنش‌ معادل برای ارتباط بین آسیب و کرنش‌ها را بیان نمود. هالت (1972) برای اولین بار در مقاله خود از عبارت مکانیک آسیب پیوسته (CDM) استفاده نمود[8]. هایهورست[23] و لکی[24](1974) برای اولین بار مکانیک آسیب پیوسته را برای تحلیل خزش سازه‌ها استفاده کردند[9]. موفقیت استفاده از مکانیک آسیب پیوسته در مدل‌سازی آسیب خزشی محققان زیادی را به توسعه کاربرد این روش برای آسیب پلاستیک نرم[25]، اندرکنش خزش-خستگی، شکست ترد[26] و آسیب خستگی ترغیب کرد[10]. در ادمه لومتر و شاباش[27] (1978)، لومتر و پلامتری[28] (1979) و زانووسکی[29] وکولسگا[30] (1980) به بررسی اندرکنش خزش-خستگی پرداختند[11,12,13]‌. بودیانسکی (1976) روابط بین آسیب و الاستیسیته را بیان نمود[14]. همچنین لومتر و دوفیلی (1976) روشی را برای اندازه‌گیری آسیب به کمک کاهش سختی معرفی نمودند [15].
نخستین پژوهش‌ها در زمینه مطالعه بر رو‌ی مواد ترد توسط جانسون[31] و هالت (1977) صورت گرفت. جانسون مدل آسیب برای رشد ترک را مورد بررسی قرار داد. پس از آن راجینویچ[32] (1979)، لومتر و مازارز[33] (1980) و لولند[34](1980) بر روی خمش تیرهای بتنی مطالعاتی انجام دادند[6].
یکی از مهمترین مدل‌ها برای آسیب توسط گرسون[35] در سال 1977 فرمول‌بندی شد[16]. وی حفره‌های موجود در ماده را به صورت شبه‌کره فرض نمود و سپس تابع تسلیم در ماده نرم مختلخل را به صورت تابعی از آسیب در نظر گرفت. مدل ارایه شده توسط گرسون، توسط دیگر محققین مانند ندلمن[36] و تورگارد[37] (1984) مورد بازبینی و اصلاح قرار گرفت که اکنون با نام مدل گرسون-تورگارد-ندلمن (GTN) از معروف‌ترین مدل‌ها در زمینه آسیب مختلخل می‌باشد[17].
در سال 1978 محققین فرانسوی، لومتر و شاباش، تئوری الاستیک-پلاستیک و الاستیک-ویسکوپلاستیک برای ماده آسیب دیده را در چارچوب ترمودینامیک فرایندهای برگشت‌ناپذیر[38] معرفی نمودند[18]. با این کار قابلیت اعمال مکانیک آسیب پیوسته به فرایند آسیب پلاستیک، خزش و خستگی بیان شد. همچنین آن‌ها نشان دادند که نیروی ترمودینامیکی متناظر با آسیب همان نرخ رهایی انرژی کرنشی الاستیک[39] می‌باشد که این بیان منجر به شناخت واضحی از مکانیک آسیب پیوسته همانند مکانیک شکست گردید.
با توجه به اینکه شکل و امتداد رشد ریزترک‌ها و حفره‌ها وابسته به جهت تنش و کرنش است، بنابراین فرآیند آسیب به‌ طور کلی یک فرآیند ناهمسان می‌باشد. نخستین کوشش در زمینه بیان ماهیت ناهمسان آسیب، توسط کردیبویس[40] و سیدورف[41] (1979) با بیان اصل انرژی معادل برای آسیب ناهمسان صورت گرفت[19]. راجینویچ و موراکامی[42] (1981) تعریف فیزیکی و پدیده‌شناختی متغیرهای آسیب ناهمسان را بیان نمودند[20,21]. البته در زمینه آسیب ناهمسان، تاکنون روش‌های پیچیده‌ای مانند بیان آسیب به صورت تانسور مرتبه چهار و یا حتی مرتبه هشت نیز ارایه شده است[22]. تحلیل مسائل الاستیک-‌پلاستیک برای تغییر شکل‌های بزرگ همراه با آسیب ناهمسان به کمک تانسور مرتبه چهار توسط ویاجیس و همکاران مورد بررسی قرار گرفته است[23]. لادوز[43] (1983) آسیب ناهمسان در سازه‌های کامپوزیتی را بر اساس اصل انرژی معادل بیان نمود[24].
لومتر (1985) مدلی را بر مبنای ترمودینامیک فرایندهای برگشت‌ناپذیر برای آسیب همسان مسایل الاستیک-پلاستیک دارای تغییر شکل‌های کوچک ارایه داد[25]. وی با استفاده از مفهوم کرنش معادل، در روابط حاکم بر کرنش برای ماده بدون آسیب، تانسور تنش مؤثر را جایگزین تانسور تنش کوشی نمود.
مدل ارایه شده توسط لومتر، توسط دیگر محققین توسعه پیدا کرده است. بنالل[44] (1988) اثر پارامتر آسیب را بر تانسور پیش‌تنش، ناشی از کار سختی سینماتیکی، همانند تانسور تنش مؤثر در نظر گرفت[26]. دار[45] (1996) نیز اثر پارامتر آسیب را بر روی کار سختی همسان در نظر گرفت[27].
همچنین مدل‌های دیگری بر مبنای مدل اولیه لمتر و بر اساس پتانسیل اتلاف آسیب ارایه شده است. در این دیدگاه با فرض کرنش معادل و وجود پتانسیل اتلاف آسیب، اقتباس شده از تئوری پلاستیسیته، معادلات متشکله برای مواد نرم آسیب دیده به‌دست می‌آید که در این زمینه می‌توان به مدل‌های تای[46] و یانگ[47] (1986) [28]، تای (1990) [29] و چاندراکانث[48] و پندی[49] (1993) [30] اشاره نمود.
مدل ترکیبی الاستیک-پلاستیک-آسیب لومتر توسط بسیاری از محققین برای پیش‌بینی آسیب داخلی و شکست در فلزات نرم مورد استفاده قرار گرفت. دقری[50] و بنالل (1988) برای اولین بار روش نگاشت برگشتی[51] را برای انتگرال‌گیری عددی از معادلات متشکله لومتر استفاده نمودند[26]. دقری در سال 1995 مدل آسیب نرم را برای تحلیل پلاستیک با در نظر گرفتن کار سختی همسان و سینماتیکی به کمک روش اجزای محدود پیاده‌سازی نمود و قابلیت آنرا در پیش‌بینی رفتار خستگی به کمک نتایج آزمایشگاهی نشان داد[31]. نتیجه روش نگاشت برگشتی در حالت تنش سه بعدی، شامل تعداد 14 معادله جبری غیرخطی کوپله است و برای حالت تنش صفحه‌ای به 8 معادله غیرخطی کوپله تقلیل می‌یابد[32]. نتو[52] (2002) با در نظر گرفتن کارسختی همسان در مدل آسیب لومتر و عدم وجود کارسختی سینماتیکی توانست الگوریتم انتگرال‌گیری معادلات متشکله الاستیک-پلاستیک-آسیب را به یک معادله جبری غیرخطی تقلیل دهد[33]. مشایخی و همکاران (2006)، روش الگوریتم انتگرال‌گیری نتو را برای آسیب نرم سه‌بعدی به‌کار بردند و با نتایج آزمایشگاهی فولاد A533 مورد بررسی قرار دادند[34].
امروزه مکانیک آسیب به جایی رسیده است که از آن در کاربردهای مهندسی استفاده می‌شود. این بخش از مکانیک جامدات که بر پایه علم متالورژی قرار دارد، پدیده تخریب مواد را به کمک تعریف متغیر داخلی که بیانگر زوال ماده قبل از شروع ترک ماکروسکوپی می‌باشد، توصیف می‌کند.
اندرکنش خزش– خستگياز نظر تاریخی، در زمان جنگ جهانی دوم مکانیزم تخریب در اثر اندرکنش خزش-خستگی مورد توجه محققین قرار گرفت. اولین تلاش‌ها در این زمینه در آلمان بین سا‌ل‌های 1936 تا 1942 میلادی صورت گرفت. بلافاصله پس از جنگ تلاش برای پیش‌بینی رفتار خزش-خستگی و توسعه تئوری علم مواد صورت گرفت. وود[53] در سال 1966 برای اولین بار عبارت اندرکنش خزش-خستگی را به‌کار برد و بیان نمود که نمی‌توان خزش و خستگی را به تنهایی برای تحلیل و تخمین صحیح عمر سازه‌ها به‌کار برد، زیرا وجود یک پدیده بر کاهش حد دوام پدیده دیگر مؤثر است. در ادامه آزمایش‌های بسیاری برای شناخت مکانیزم خزش-خستگی و توسعه تئوری‌های مختلف توسط محققین صورت گرفت و تاکنون مدل‌های زیادی جهت تخمین عمر خزش-خستگی ارایه شده است[35]. هالفورد (1991) در بررسی مدل‌های تخمین عمر خزش-خستگی، بیش از صد روش مختلف را بر اساس تئوری‌های موجود در چهارده دسته طبقه‌بندی نمود[36]. در حال حاضر، مکانیک آسیب به عنوان یکی از مناسب‌ترین روش‌ها برای ارزیابی اندرکنش خزش-خستگی شناخته شده است. در ادامه، تعدادی از پژوهش‌های اخیر را که در زمینه اندرکنش خزش-خستگی و با استفاده از مکانیک آسیب انجام شده‌اند معرفی می‌شوند.
سرماگ[54] و همکاران (2000) خزش-خستگی را تحت بارگذاری چندمحوری و با در نظر گرفتن تغییرات دما با زمان و مکان، از دو روش محاسباتی و تجربی بررسی کردند[37]. آن‌ها با در نظر گرفتن معادلات الاستو-ویسکوپلاستیک مستقل و یا کوپل شده با آسیب همراه با سختی سینماتیکی و همسان، به این نتیجه رسیدند که قانون آسیب متحد[55] که ابتدا برای واماندگی نرم و سپس خستگی پیشنهاد شده است، می‌تواند برای اندرکنش خزش-خستگی چندمحوری به‌کار رود، با این تفاوت که بایستی بیان جدیدی برای حد آستانه آسیب[56] استفاده شود. همچنین دریافتند که نتایج محاسبات مستقل نسبت به تحلیل کاملاً کوپل شده مناسب‌تر می‌باشند.
دایسون[57] (2000) روش مکانیک آسیب پیوسته را با دیگر روش‌های تعیین عمر باقیمانده خزش مانند روش پارامتر امگا[58]، تصویرسازی تتا[59]، پارامتر لارسن-میلر[60] و قانون کسر عمر رابینسون[61] مقایسه نمود[38]. وی نشان داد که روش مکانیک آسیب پیوسته قابلیت و توانایی هر کدام از روش‌های ذکر شده را در پیش‌بینی رفتار ماده دارد. همچنین وی بیان نمود از آنجایی که مکانیک آسیب پیوسته شامل معادلات کوپله برای کرنش غیرالاستیک[62]، تنش داخلی و رشد ناپیوستگی‌ها (آسیب) می‌باشد، می‌توان این معادلات را برای هر شرایط کاری و مرزی مورد نیاز انتگرال‌گیری نمود و محدودیت روش‌های دیگر برای استفاده در شرایط خاص را ندارد.
نیفل[63] و همكاران (2001) بر اساس نتایج آزمایش‌های متعدد بر روی فولادهای کم‌آلیاژ CrNiMo و CrNiMoV مدلی را برای تخمین عمر فولاد‌ها در اثر ترکیب خستگی کم‌چرخه و خزش پيشنهاد كردند[39]. آنها با استفاده از ماهیت پارامتر آسیب، مدل جامعی را معرفی نمودند که برای محدوده دمایی وسیع و دامنه‌های بارگذاری مختلف و مقادیر مختلف بار ماکزیمم قابل استفاده است. این مدل نه تنها آسیب را مشخص می کند، بلکه مقدار تغییر شکل را در همه مراحل خزش تعیین می‌کند.
ژیانپینگ[64] و همكاران (2003) براي ارزيابي عمر خزش-خستگي يك روتور توربين بخار، مدل مكانيك آسيب پيوسته غيرخطي را با احتساب اثرات تنش چندمحوري و اندرکنش خزش-خستگي و همچنين در نظر گرفتن قانون رشد غيرخطي آسيب، پيشنهاد كردند[40]. آن‌ها با مقايسه نتايج حاصل از مدل خود با تئوري جمع خطي آسيب[65] نتيجه گرفتند كه مدلشان تجمع و گسترش آسيب را بهتر توصيف مي‌كند.
گوسوامي (2003) توسط اطلاعات خزش-خستگي برای فولادهای1CrMoV و 2.25CrMo و 9Cr1Mo روشي بر مبناي ويسكوزيته براي مرتبط كردن اطلاعات خزش-خستگي فولادهای CrMo در دماهای بالا يافت[41].
ژيائو[66] (2004) يك چارچوب مكانيك آسيب پيوسته همسانگرد[67] را معرفی نمود که اندرکنش سه مكانيزم آسيب ترد، آسيب نرم و آسيب خزشی را در نظر می‌گیرد[42]. این سه پارامتر آسيب، كه هر يك بر طبق طبيعت فيزيكي خود تعريف شده‌اند، براي توصيف فرآيند آسيب ماده به‌كار می‌روند. وی رابطه بين آسيب نهايي و این سه پارامتر آسيب را به‌دست آورد و مدل جديدی را برای آسيب خزش-خستگي با در نظر گرفتن اثر كوپلينگ آسيب خستگي و خزش معرفی نمود و نتایج خود را با نتایج مدل لومتر-پالمتری مقایسه نمود.
شانگ و همكاران (2006) بر مبناي رويكرد صفحه بحراني[68]، يك پارامتر آسيب خستگي چندمحوري براي محاسبه كردن آسيب خستگي خالص تحت بارگذاري تك‌محوره و چندمحوره در دماهاي بالا پيشنهاد كردند و با به‌كار بردن قانون جمع خطي آسيب، عمر خزش-خستگي چندمحوره در دماي بالا را پيش‌بيني كردند[43]. نتايج حاصل از مدل آن‌ها توافق خوبي با داده‌هاي تجربي حاصل از نمونه‌هاي لوله‌اي نازك ساخته شده از سوپرآلياژ GH4169 و فولاد 1.25Cr 0.5Mo نشان داد.
چن و همكاران (2007) با استفاده از قانون پايستگي انرژي و اصل پايستگي ممنتوم اندرکنش خزش-خستگي را توصيف كردند[44]. در واقع با تكنيك‌هاي رياضي از قوانين فوق، تابع ساده‌اي براي ارتباط بين انرژي دروني و عمر يافتند كه اين مدل قابل كاربرد براي هم آزمايش‌هاي كرنش كنترل‌شده و هم آزمايش‌هاي تنش‌ كنترل‌شده مي‌باشد. نتايج حاصل از مدل آن‌ها توافق خوبي با داده‌هاي تجربي حاصل از اجراي آزمايش روي فولاد 1.25Cr0.5Mo تحت تنش كنترل‌شده در دماي 540 درجه سانتیگراد داشت.
کیم و همكاران (2007) یک مدل تخمین عمر متحد[69] بر اساس مکانیک آسیب پیوسته برای در نظر گرفتن اندرکنش خزش-خستگی در سوپرآلیاژهای پایه نیکل تحت بارگذاری دوره‌ای در دماهای بالا ارائه کردند که منحنی‌های تنش-کرنش و آسیب تجمعی را پیش‌بینی می‌کند[45]. متحد بودن مدل بدین معنا است که رفتار تغییر شکل ماده (شامل خزش و خستگی) به‌طور کامل با فرایند آسیب کوپل است که منجر به تخمین رشد آسیب کل می‌شود. آن‌ها همچنین با انجام چهار نوع آزمایش خستگی کم‌چرخه در دمای 650 درجه سانتیگراد، اثرات دامنه کرنش و زمان نگه‌داشتن[70] کرنش را بر روی رفتار خستگی بررسی کردند.
کلمبو و همکاران (2008) رفتار خستگی حرارتی فولاد 1CrMoV که یک ماده متداول برای روتور توربین است را تحت شرایط بارگذاری مشابه با شرایط واقعی کارکرد توربین‌ها بررسی کردند[46]. این آزمایش‌ها عبارت بودند از آزمایش خستگی ترمومکانیکی نمونه‌های تک‌محوره تحت شرایط بارگذاری واقعی؛ آزمایش خستگی ترمومکانیکی بر روی میله‌های دارای شکاف به منظور مطالعه شروع ترک خزش-خستگی و رفتار رشد ترک در محل‌های تمرکز تنش؛ آزمایش خستگی ترمومکانیکی انجام شده بر روی یک قطعه بزرگ سه‌بعدی با یک شیار عمیق تحت شرایط تنش‌های حرارتی دوره‌ای به منظور شبیه‌سازی شرایط تنش چند‌محوره و گرادیان کرنش حرارتی در روتور توربین. نتایج این آزمایش‌ها، اطلاعات ارزشمندی را در رابطه با رفتار این فولاد بیان می‌کنند و برای تعیین و اعتبار‌سنجی مدل‌های تخمین عمر به‌کار می‌روند.
تاکاهاشی (2008) با انجام یک سری آزمایش خزش-خستگی بر روی سه نوع فولاد با مقدار کرم بالا روش‌های مختلف تخمین عمر را بررسی نمود[47]. وی دریافت که قانون کسر زمانی[71] مقدار آسیب خزش را کمتر از مقدار واقعی پیش‌بینی می‌کند، درحالی‌که مدل زوال نرمی[72] مقدار آسیب خزش را بیشتر پیش‌بینی می‌کند. همچنین وی با تعریف آسیب خزش به عنوان عامل کاهش نرمی[73]، یک روش زوال نرمی تصحیح شده ارائه کرد که مقدار آسیب خزش را به خوبی پیش‌بینی می‌کند و در نتیجه تخمین عمر قابل قبولی ارائه می‌دهد.
فن و همکاران (2009) بر اساس تئوری اتلاف نرمی و مفهوم تنش موثر از مکانیک آسیب پیوسته، یک مدل آسیب برای اندرکنش خزش-خستگی ارائه کردند و تغییرات چگالی انرژی کرنشی غیرالاستیک را به عنوان پارامتر آسیب در نظر گرفتند[48]. آن‌ها برای تعیین مدل مورد نظر، آزمایش‌های خزش و خستگی تنش کنترل‌شده در دمای بالا را بر روی فولاد 1.25Cr0.5Mo انجام دادند و قانون رشد آسیب فولاد مورد نظر را تحت شرایط ترکیبی تنش‌های ماکزیمم و دامنه‌های تنش مختلف به‌دست آوردند و به این نتیجه رسیدند که پارامتر و مدل آسیب ارائه شده توانایی توصیف رشد آسیب را برای اندرکنش خزش-خستگی دارا می‌باشد.
پایتن و همكاران (2010) یک مدل برای در نظر گرفتن آسیب تجمعی ناشی از اندرکنش خزش و خستگی ارائه کردند[49]. در این روش انرژی اتلاف‌شده در ماده به عنوان معیاری برای اندازه‌گیری آسیب خزش در نظر گرفته شده است، یعنی آسیب خزش به‌طور مستقیم با چگالی انرژی داخلی جذب شده متناسب است. نتایج حاصل از این روش همخوانی خوبی با نتایج آزمایش خزش-خستگی بر روی فولادهای کم‌آلیاژ داشته است.
ژانگ[74] (2011) قانون رشد آسیب اندرکنش خزش-خستگی برای فولاد 9Cr-1Mo ، که در نیروگاه‌های هسته‌ای به‌کار می‌رود، را به کمک مکانیک آسیب پیوسته مورد بررسی قرار داد و بر اساس تئوری پتانسیل اتلاف خستگی[75] و آسیب خزش نورتن، یک مدل رشد آسیب برای اندرکنش خزش-خستگی ارائه نمود[50]. وی از نتایج آزمایش خزش-خستگی تحت شرایط تنش کنترل‌شده برای فولاد P91 برای به‌دست آوردن مدل خود استفاده نمود.

معادلات حاکمه
معادلات حاکمه
مقدمهدر این فصل ابتدا توصیف فیزیکی آسیب بیان می‌شود و انواع آسیب و قوانین مقدماتی حاکم بر پدیده آسیب مورد بررسی قرار می‌گیرد. در ادامه تئوری ترمودینامیک آسیب همسان بیان می‌شود و سپس فرمول‌بندی مدل‌ آسیب برای تحلیل مسئله معرفی می‌شود. در آخر نیز روش‌های اندازه‌گیری آسیب به‌طور مختصر شرح داده می‌شوند.
ماهیت و متغیرهای آسیب آسیب ماده به معنی کاهش تدریجی و یا زوال ناگهانی مقاومت مکانیکی به واسطه‌ی بارگذاری، اثرات حرارتی و یا شیمیایی است. از دیدگاه میکرومکانیکی، آسیب تجمع میکروتنش‌ها[76] در مجاورت عیوب کریستالی و در نهایت شکستن پیوندهای بین اتم‌ها است. این پدیده جزء پدیده‌های رئولوژی[77] بوده و با هدر رفتن انرژی همراه می‌باشد. از نقطه نظر فیزیکی آسیب حاصل عوامل گوناگونی است که از آن جمله می توان به جدایی اتم‌ها، جوانه‌زنی ریزحفره‌ها و رشد آن‌ها و به هم پیوستن ترک‌های کوچک و حفره‌های ریز اشاره نمود.
علم مكانيك آسيب، علم مطالعه متغیرهای مکانیکی دخیل در این فرایندها در ماده تحت بارگذاری می‌باشد. بر خلاف ماهیت ناپیوسته‌ی آسیب، تئوری مکانیک آسیب پیوسته یک مدل همگن و پیوسته را برای ریز‌ترک‌ها[78] و ریزحفره‌ها[79] در نظر می‌گیرد و این کار را با در نظر گرفتن یک متغیر داخلی (پارامتر آسیب) در یک محیط پیوسته انجام می‌دهد.
مکانیک محیط‌های پیوسته، مفهوم المان حجمی شاخص یا حجمک نماینده (R.V.E)[80] را معرفی می‌کند، که در آن تمام خواص توسط متغیرهای همگن قابل تعریف هستند. حجمک نماینده برای معادلات ساختاری مکانیک ماده باید به اندازه‌ای کوچک باشد که در مکانیک محاسباتی به عنوان یک نقطه ی مادی شناخته شود. این حجم برای مواد گوناگون متفاوت است. به عنوان مثال برای فلزات وسرامیک در حدود 3(mm1/0)، برای پلیمرها و اکثر مواد مرکب در حدود 3(mm1)، برای چوب 3(cm1) و برای بتن 3(cm10) می‌باشد. ناپیوستگی‌های‌ آسیب در مقایسه با ابعاد حجمک نماینده، کوچک و در مقایسه با ابعاد اتمی بزرگ می‌باشند. به ابعاد حجمک نماینده، اصطلاحاً مزو[81] گفته می‌شود. ماده را بدون آسیب نامند هرگاه فاقد هرگونه ترک و حفره در یک حجمک نماینده باشد و آسیب نهایی، بیانگر شکست حجمک نماینده می‌باشد[1].
اندازه‌گیری ماکروسکوپی آسیب عملاً امکان‌پذیر نیست و روشی عملی برای تشخیص یک حجمک نماینده آسیب‌دیده از یک حجمک نماینده بدون آسیب وجود ندارد. بنابراین نیاز است تا زوال تدریجی ماده به کمک تعریف متغیرهای داخلی بیان گردد. متداول‌ترین پارامترهایی که برای بیان آسیب به‌کار می‌روند، عبارتند از چگالی حجمی ریزحفره‌ها در حجمک نماینده و چگالی سطحی ریزترک‌ها و ریزحفره‌ها در صفحه مشخصه حجمک نماینده.
(‏31)
که حجم المان شاخص، حجم ریزحفره‌ها در المان شاخص، مساحت صفحه مشخصه المان شاخص و مساحت ریزترک‌ها و ریزحفره‌ها در صفحه المان شاخص می‌باشد. پارامترهای P و D بیانگر رشد آسیب در ماده و در نتیجه معیاری از زوال تدریجی ماده می‌باشند. رشد آسیب در ماده منجر به تغییرات در خواص مکانیکی ماده مانند تغییر مدول الاستیسیته و کاهش سطح تسلیم می‌شود.
مدل‌های مکانیک آسیب پیوسته به کمک تعریف متغیرهای داخلی امکان مدل‌سازی رشد زوال در ماده را فراهم می‌سازند. این متغیرهای داخلی می‌توانند از جنس اسکالر یا بردار یا تانسور باشند و به عنوان پارامتر آسیب شناخته می‌شوند. قوانین رشد این متغیرها از تئوری ترمودینامیک فرایندهای برگشت‌ناپذیر به‌دست می‌آیند و معمولاً به صورت معادلاتی بر حسب زمان می‌باشند. می‌توان از مدل گرسون و مدل لومتر و شاباش به عنوان معروف‌‌ترین مدل‌های مکانیک آسیب پیوسته نام برد. مدل‌های آسیب پیوسته قادر هستند تا رفتار مواد را مدل‌سازی کنند و شروع و رشد ترک و شکست نهایی ماده را پیش‌بینی کنند. در واقع هدف اصلی مکانیک آسیب ایجاد، گسترش و پیاده‌سازی ابزاری است که بتوان به صورت تحلیلی شکست در مواد را پیش‌بینی و رشد آن را مورد بررسی قرار داد.
انواع آسیبشروع و رشد آسیب در فلزات به عوامل مختلفی مانند نوع ماده، نوع بارگذاری و دما بستگی دارد. تاکنون مدل‌های گوناگونی برای آسیب ارایه شده است که می‌توان به آسیب ترد، آسیب نرم، آسیب خزشی، آسیب خستگی کم‌چرخه و آسیب خستگی پرچرخه اشاره نمود.
آسیب ترد یا شبه‌ترد[82]
در صورتی که رشد وگسترش ترک‌ها با کرنش پلاستیک قابل توجهی همراه نباشد آسیب را ترد می‌گویند؛ به عنوان مثال زمانی که کرنش‌های پلاستیک از مرتبه کرنش‌های الاستیک باشند. نمونه‌ای از این حالت در شکل زیر مشاهده می‌شود.

شکل ‏31 آسیب ترد [1]آسیب نرم
بر خلاف آسیب ترد، آسیب نرم زمانی رخ می‌دهد که گسترش آسیب همراه با تغییر شکل پلاستیک قابل ملاحظه‌ای باشد. این پدیده به واسطه رشد و به هم پیوستن حفره‌ها در اثر تغییر شکل پلاستیک به‌وجود می‌آید، نمونه‌ای از این پدیده در فلزاتی رخ می‌دهد که کرنش‌های پلاستیک زیادی را در دمای پایین تجربه می کنند (شکل 3-2).

شکل ‏32 آسیب نرم [1]آسیب خزشی
هنگامی که ماده در دمای بالا، مثلا بالای یک سوم دمای ذوب، تحت بارگذاری قرار گیرد، ممکن است تحت تنش ثابت دارای تغییر شکل گردد. در این حالت وقتی کرنش به اندازه‌ی کافی بزرگ شود، گسستگی‌ درون‌دانه‌ای اتفاق می افتد که منجر به پدیده آسیب و افزایش نرخ کرنش خزشی می‌شود. برای مواد نرم، تغییرات آسیب خزشی همانند تغییرات کرنش ویسکوپلاستیک است (شکل 3-3).

شکل ‏33 آسیب خزشی [1]آسیب خستگی کم‌چرخه
هنگامی که ماده تحت بارگذاری دوره‌ای با مقادیر قابل توجه تنش و کرنش قرار می‌گیرد، آسیب پس از یک تاخیر ناشی از جوانه‌زنی و رشد ریزترک‌ها همراه با کرنش‌های پلاستیک دوره‌ای شروع به رشد می‌کند. به علت مقادیر زیاد تنش‌ها معمولا خستگی کم‌چرخه در تعداد دوره‌های بارگذاری کم رخ می‌دهد (شکل 3-4).

شکل ‏34 آسیب خستگی کم‌چرخه [1]آسیب خستگی پر‌چرخه
این آسیب هنگامی رخ می‌دهد که ماده در معرض بارگذاری دوره‌ای با مقادیر تنش کمتر از حد تسلیم قرار می‌گیرد. چنین آسیبی در تعداد دوره‌های بارگذاری زیاد رخ می‌دهد(شکل 3-5).

شکل ‏35 آسیب خستگی پر‌چرخه [1]به کمک تئوری آسیب می‌توان مواد مختلف را تحت بارگذاری‌های متفاوت مدل‌سازی نمود. مدل‌‌های مختلف رشد آسیب امکان مدل‌سازی رفتار ماده را تحت شرایط مختلف میسر می‌سازند. با آگاهی از تاریخچه تنش و کرنش و انتگرال‌گیری از معادلات متشکله ماده با شرایط مرزی مناسب می‌توان رفتار حاکم بر رشد آسیب در ماده تا شکل‌گیری ترک‌های ماکروسکوپی و زمان متناظر آن را محاسبه نمود. امروزه مکانیک آسیب به عنوان ابزاری مناسب و قوی برای طراحی و تخمین عمر سازه‌ها به‌کار می‌رود.
مفاهیم پایهپارامتر آسیباولین گام در پیشبرد تئوری آسيب، معرفی و تعریف پارامتر آسیب می‌باشد. با توجه به گستردگی حالات ممکن، تعاریف متفاوتی برای متغیر آسیب بیان شده است. بر پایه تعریف ارائه شده توسط کاچانف، متغیر آسيب متناظر با چگالي سطح مؤثر حفره‌ها در نظر گرفته می‌شود (شکل 3-6). به این ترتیب در یک حجمک نماینده، اگر مساحت سطح مقطع المان باشد که با بردار نرمال تعریف شود و مساحت ریزحفره‌ها و ترک‌ها روی این سطح مقطع باشد، آن‌گاه متغیر آسيب متناظر با بردار نرمال به‌صورت زیر تعریف می‌شود[1].
(‏32)

شکل ‏36 آسیب فیزیکی و مدل آسیب پیوسته ریاضی [51]اگر آسیب را همسانگرد[83] در نظر بگیریم، آن‌گاه متغیر آسیب دیگر به جهت بردار نرمال بستگی نداشته و یک کمیت اسکالر است.
(‏33)
از رابطه بالا واضح است که برای هیچ‌گونه آسیبی رخ نداده است و برای المان دچار گسیختگی کامل (شکست حجمک نماینده به دو قسمت) شده است. البته در واقعیت شکست ماده به ازای مقدار کمتر از یک رخ می‌دهد (برای فلزات است) که پارامتر بحرانی آسیب می‌باشد.
مفهوم تنش مؤثر[84]در وضعیت بارگذاری تک‌محوره در المان بدون آسیب، اگر نیروی F بر روی سطح اعمال گردد، تنش تک‌محوره نرمال به ‌صورت تعریف می‌گردد (شکل 3-7). در این حالت سطح مؤثر (سطح واقعی که تنش را تحمل می‌کند) برابر است با:
(‏34)

شکل ‏37 مفهوم سطح مقطع مؤثر [11]بدین ترتیب تنش مؤثر به صورت تنش متناظر با سطح مؤثر به شکل زیر تعریف می‌گردد:
(‏35)

البته لازم به ذکر است که در حالت فشار، اگر بعضی از ترک‌ها و ریزحفره‌ها بسته شوند، در این صورت سطح مؤثر برای تحمل تنش، بیشتر از خواهد بود.
در حالت بارگذاری سه‌بعدی و با فرض همگن و همسانگرد بودن ماده، معادله (3-5) به‌ صورت تانسور تنش تعریف می‌گردد:
(‏36)
در حالت کلی آسیب غیرهمسانگرد، پارامتر آسیب به جهت نیز وابسته خواهد بود. در این صورت متغیر واقعی آسیب متناظر به صورت یک تانسور مرتبه دوم یا چهارم تعریف می‌شود.
اصل کرنش‌ معادل[85]در تئوری آسیب فرض می‌گردد که رفتار تغییرشکل به‌ صورت مستقیم تحت تاثیر آسیب قرار ندارد و تابعی از تنش مؤثر می‌باشد. این بدان معنی است که معادلات متشکله کرنش برای مواد آسیب‌دیده و بکر[86] یکسان می‌باشند و تنها تنش عادی با تنش مؤثر جایگزین می‌گردد و تغییر دیگری در معادلات متشکله ایجاد نمی‌شود.
(‏37( ماده آسیب‌دیده ماده بکر

ارتباط کرنش و آسیببه کمک اصل کرنش معادل، معادلات متشکله برای تنش تک‌محوره برای حالت‌های الاستیک و پلاستیک ماده آسیب‌دیده به صورت زیر بیان می‌شوند:
حالت الاستیک
در حالت الاستیک، ماده‌ی بدون آسیب به صورت مستقیم با تنش مؤثر در ارتباط است:
(‏38)
و مدول الاستیسیته ماده آسیب‌دیده به کمک رابطه به صورت زیر بیان می‌شود:
(‏39)
شکل 3-8 مثالی از تغییرات مدول الاستیسیته در اثر رشد آسیب نرم را نشان می‌دهد.

شکل ‏38 تغییرات مدول الاستیسیته در اثر آسیب برای مس 9/99% [1]حالت پلاستیک
در حالت پلاستیک، کرنش پلاستیک از معادله متشکله سینماتیکی با معادله تسلیم استخراج می‌گردد. در وضعیت تنش تک‌محوره، معیار تسلیم به صورت زیر است.
(‏310)
یا
(‏311)
که تابع تسلیم، تنش تسلیم، افزایش تنش به علت کارسختی همسان و ، تانسور پیش‌تنش به علت کارسختی سینماتیکی می‌باشد.
هنگامی که آسیب رخ می‌دهد بر اساس اصل کرنش معادل، تابع تسلیم به صورت زیر نوشته می‌شود.
(‏312)
یا
(‏313)
معادله بالا و نتایج آزمایشگا‌هی نشان می‌دهند که آسیب باعث کاهش تنش تسلیم، تنش کارسختی همسان و تانسور پیش‌تنش می‌گردد (شکل 3-9).

شکل ‏39 تغییرات معیار تسلیم پلاستیک در اثر رشد آسیب [1]آستانه آسیب[87]دو پدیده تجمع ریزتنش‌ها همراه با ناسازگاری‌ ریزکرنش‌ها[88] و تجمع نا‌بجایی‌ها[89] در فلزات منجر به تشکیل ریزترک‌ها می‌شوند. از آنجا که عامل مؤثر بر متغیر آسیب، ایجاد و انتشار ریزترک‌ها در ماده می‌باشد، بنابراین تا قبل از تشکیل ریزترک‌ها، با وجود کرنش پلاستیک، مقدار برابر صفر می‌باشد. اگر در حالت کشش ساده، کرنش پلاستیک آستانه،، متناظر با شروع ریزترک‌ها در ماده باشد، آستانه آسیب به شکل زیر بیان می‌شود:
(‏314)
مقدار برای برخی مواد در جدول 3-1 آورده شده است. معرف کرنش در آستانه آسیب است که پیش از آن آسیب صفر یا قابل صرفنظر است. کرنش در هنگام شکست است، یعنی وقتی که متغیر آسیب به مقدار بحرانی خود، ، می‌رسد.
جدول ‏31 مقدار آستانه آسیب و پارامتر آسیب بحرانی برای مواد مختلف ماده در دمای محیط
0.85 1.04 0.35 مس 99.9%
0.23 0.25 0.03 فولاد 2024
0.17 0.88 0.50 فولاد E 24
0.22 0.56 0 فولاد 38 XC
0.024 0.37 0.02 فولاد 30 CD 4
0.024 0.29 0.02 فولاد INCO 718
مفهوم آستانه آسیب که در بالا برای وضعیت تنش تک‌محوره بیان شد، به شیوه‌ای مشابه با معیار پلاستیسیته، به وضعیت تنش سه‌بعدی قابل تعمیم است. در حالت تک‌محوره می‌توان آستانه‌ آسیب را در قالب عبارت تنش بیان نمود:
(‏315)
هنگامی که فراتر از آستانه باشد، آسیب رشد می‌کند. در وضعیت سه‌بعدی، این مفهوم به وسیله یک سطح آستانه آسیب قابل تعمیم است:
(‏316)
در صورتی که باشد هیچ‌گونه آسیبی در ماده به‌وجود نمی‌آید، اما اگر باشد آسیب رشد می‌کند. می‌توان از قوانین شامل عبارت‌های کرنش نیز استفاده نمود. در این صورت سطح آستانه آسیب به شکل یک سطح هم‌پتانسیل بیان می‌شود:
(‏317)
در نهایت چهار رابطه اصلی که پایه مکانیک آسیب را تشکیل می‌دهند، به شرح زیر هستند[1]:
(‏318( رابطه الاستیک
معیار تسلیم پلاستیک
آستانه آسیب
شروع ترک
فرمول بندی ترمودینامیکی آسیبترمودینامیک آسیببه کمک ترمودینامیک فرایند‌های برگشت‌ناپذیر می‌توان رفتار مواد مختلف را در سه مرحله مدل‌سازی نمود:
تعریف متغیر‌های حا‌لت[90]
تعریف تابع پتانسیل حالت[91]، که از آن می‌توان قوانین حالت را استخراج کرد و به کمک آن متغیر‌های ترمودینامیکی متناظر با متغیر‌های حا‌لت داخلی تعریف می‌گردند.
معرفی تابع پتانسیل اتلاف[92]، که از آن می‌توان قوانین رشد متغیر‌های حالت وابسته به مکانیزم‌های اتلافی را استخراج نمود.
از بین گزینه‌های گوناگونی که این سه مرحله را ارضا می‌کنند، گزینه‌هایی که با نتایج آزمایشگاهی مطابقت بیشتری داشته باشند، انتخاب می‌گردند. سپس باید قانون دوم ترمودینامیک برای هر تغییری بررسی شود. پارامتر‌های موجود در دو تابع پتانسیل حالت و اتلاف که توابعی از جنس مواد و دما می‌باشند نیز از نتایج تجربی و آزمایشگاهی به‌دست می‌آیند[51].
چارچوب کلیبا فرض کوچک ‌بودن کرنش‌ها، کرنش کلی را می‌توان به دو بخش ترموالاستیک، ، و بخش پلاستیک، ، تقسیم کرد. بنابراین می‌توان نوشت
(‏319)
در اولین گام متغیرهای حالت معرفی می‌شوند. متغیر‌های حالت، اعم از قابل مشاهده یا داخلی، بر اساس مکانیزم فیزیکی تغییرشکل و آسیب مواد انتخاب می‌شوند. برای سیستم ترمودینامیکی متغیرهای حالت قابل مشاهده و داخلی به شرح زیر هستند:
متغیرهای قابل مشاهده:
، تانسور کرنش و متغیر ترمودینامیکی متناظر آن تانسور تنش کوشی[93]،
T، دما و متغیر ترمودینامیکی متناظر آن چگالی انتروپی، s
متغیرهای داخلی:
، تانسور کرنش پلاستیک متغیر ترمودینامیکی متناظر آن،
، آسیب ناشی از کرنش پلاستیک تجمعی[94] و متغیر ترمودینامیکی متناظر آن کارسختی همسان[95]،
، تانسور پیش‌کرنش[96] و متغیر ترمودینامیکی متناظر آن کارسختی سینماتیکی[97] (یا تانسور پیش‌تنش[98])،
، متغیر آسیب و متغیر ترمودینامیکی متناظر آن نرخ رهایی انرژی آسیب،
در جدول 3-2 متغیرهای حالت به همراه مکانیزم فیزیکی تغییرشکل و متغیر ترمودینامیکی متناظر با آن‌ها بیان شده‌اند[51].
جدول ‏32 متغیرهای حالت، مکانیزم فیزیکی تغییرشکل و متغیر ترمودینامیکی متناظرمکانیزم متغیر حا‌لت متغیر متناظر
قابل مشاهده داخلی ترمو الاستیسیته
انتروپی
پلاستیسیته
کارسختی همسان
کارسختی سینماتیکی
آسیب
پس از معرفی متغیر‌های حا‌لت و متغیر‌های وابسته به آن‌ها بایستی تابع پتانسیل حالت تعریف گردد. بیان تحلیلی تابع پتانسیل باید بر اساس مشاهدات تجربی و نتایج میکرومکانیک باشد. به عنوان مثال تابع پتانسیل باید نسبت به الاستیسیته همسان، خطی باشد و یا رابطه تنش کوشی و آسیب همسان مطابق با مفهوم تنش موثر باشد. همچنین نباید هیچ‌گونه وابستگی بین متغیرهای الاستیک و پلاستیک و همچنین بین متغیرهای آسیب و پلاستیک باشد. یکی از توابع پتانسیل مرسوم آنتا‌لپی آزاد مخصوص گیبس[99]،، است که از تابع انرژی آزاد هلمهولتز[100] به‌دست می‌آید. این تابع پتانسیل به شکل زیر بیان می‌گردد:
(‏320)
که در این رابطه چگالی است و و به کرنش کل وابسته نیستند. پارامتر کوپلینگ بین الاستیسیته و آسیب را به کمک مفهوم تنش مؤثر و اصل کرنش معادل در نظر می‌گیرد. پارامتر مربوط به کارسختی پلاستیک[101] است و هنگامی که در ضرب شود، بیانگر انرژی ذخیره شده، ، در حجمک نماینده می‌باشد. پارامتر تنها تابع دما است که به صورت ضمنی ظرفیت گرمایی ماده را نشان می‌دهد.
اکنون با تعریف تابع پتانسیل حالت، می‌توان قوانین حالت را همانند زیر استخراج کرد و رابطه متغیرهای حالت و متغیر‌های وابسته را بیان نمود:
(‏321)

البته باید تعاریف فوق با قانون دوم ترمودینامیک سازگار باشند و آن‌ را ارضا نمایند. قانون دوم ترمودینامیک که به صورت نامساوی کلازیوس-دوهم[102] ارا‌ئه می‌گردد، هنگامی ارضاء می‌شود که نرخ آسیب مثبت باشد.
(‏322)
مثبت بودن نرخ آسیب، ، بدین معنی است که آسیب تنها می‌تواند افزایش یابد یا ثابت بماند. به عبارت دیگر، متغیر آسیب فقط می‌تواند بیانگر زوال ماده باشد و نه شاخصی از بازیابی استحکام ماده. معادله بالا بیانگر این است که اتلاف مربوط به توان پلاستیک ()، به‌‌ علاوه اتلاف ناشی از آسیب ()، منهای نرخ چگالی انرژی ذخیره ‌شده ()، به ‌علاوه انرژی گرمایی ( شار حرارتی می‌باشد) به گرما تبدیل می‌شوند.
در نهایت بایستی تابع پتانسیل اتلاف، ، تعریف گردد تا به کمک آن بتوان قوانین رشد متغیر‌های حا‌لت را بیان کرد. تابع پتانسیل اتلاف را می‌توان به شکل زیر بیان نمود:
(‏323)
که تابع معیار پلاستیسیته، عبارت مربوط به کارسختی سینماتیکی غیرخطی و پتانسیل آسیب می‌باشد. بنابراین قوانین رشد متغیر‌های حا‌لت به ‌صورت زیر بیان می‌گردند:
(‏324)

به رابطه آخر قانون تعامد[103] گفته می‌شود. روند تعریف تابع پتانسیل به گونه‌ای صورت می‌گیرد که قانون دوم ترمودینامیک را ارضا نماید. همچنین لازم به ذکر است که برای پدیده‌هایی همانند پلاستیسیته که به‌طور مستقل وابسته به زمان نیستند، تابع پتانسیل اتلاف قابل مشتق‌گیری نیست و ضریب پلاستیسیته، ، توسط شرایط سازگاری تعیین می‌گردد[51]. در نهایت نرخ کرنش پلاستیک تجمعی مطابق با معیار تسلیم به صورت زیر تعریف می‌گردد.
(‏325)
پتانسیل حا‌لت برای آسیب همسانبر اساس اصل کرنش معادل، پتانسیل کرنش برای حا‌لت ترمو-الاستیک خطی همسان و آسیب همسان به صورت زیر بیان می‌گردد.
(‏326)
که در آن مدول یانگ، ضریب پوا‌سون، ضریب انبساط حرارتی و دمای مرجع می‌باشد. بنابراین قانون ترمو-الاستیسیته از این تابع پتانسیل به ‌صورت زیر استخراج می‌گردد.
(‏327)
که تنش موثر برابر است با .
همچنین نرخ چگالی انرژی آزاد شده، ، که متغیر ترمودینامیکی متناظر با پارامتر آسیب است، به‌ صورت زیر نوشته می‌شود:
(‏328)
که
(‏329)

که تابع ‌‌‌ بیانگر سه‌بعدی بودن وضعیت تنش است. همچنین ، و به ترتیب تنش هیدرواستاتیک، تنش ون‌میزز معادل و تنش انحرافی می‌باشند.
قوانین سینتیک رشد آسیببا تعریف متغیر آسیب نیاز است تا قانون رشد آن نیز بیان شود. برای مکانیزم‌های آسیب مختلف (مانند شکست نرم، خستگی، خزش و ...) نیاز به مدل‌های رشد مختلف می‌باشد که رفتار مواد را پیش‌بینی نمایند. بر اساس چارچوب ترمودینامیک آسیب، قانون رشد برای آسیب از پتانسیل اتلاف و به‌طور خاص از تابع استخراج می‌گردد.
(‏330)
گزینه‌های مختلفی برای فرم تحلیلی تابع وجود دارد که به توانایی طراح مدل و دانش او از نتایج تجربی و همچنین زمینه کاربرد مدل بستگی دارد. یکی از بهترین مدل‌های موجود در این زمینه که توانایی مدل‌سازی مکانیزم‌های مختلف آسیب را دارد مدل متحد لومتر می‌باشد که در ادامه معرفی شده است.
فرمول‌بندی قانون متحد آسیب همسانگرد[104]
رهیافت ترمودینامیکی بیان می‌کند که متغیر اصلی حاکم بر قانون رشد آسیب (یا نرخ تغییر آسیب )، متغیر وابسته به آن یعنی آهنگ آزاد شدن چگالی انرژی[105] () می‌باشد. بنابراین تابع پتانسیل اتلاف آسیب، ، تابعی از می‌باشد. همچنین طبق مشاهدات، این تابع به کرنش پلاستیک نیز وابسته است که این وابستگی از طریق ضریب پلاستیک، ، بیان می‌گردد. بنابراین می‌توان نوشت که
(‏331( اگر
که پارامتر از معادلات متشکله (ویسکو-)پلاستیسیته کوپل با آسیب (که توسط تابع پتانسیل اتلاف بیان می‌گردند) به‌دست می‌آید.
(‏332)
تابع بارگذاری (ویسکو-)پلاستیک، ، توسط معیار ون‌میزز بیان می‌گردد.
(‏333)
که در آن
(‏334)
که تنش ویسکوز برای وضعیت ویسکوپلاستیسیته است و برای وضعیت پلاستیسیته می‌باشد.
قانون تعامد و قانون رشد آسیب ناشی از کرنش پلاستیک تجمعی به شکل زیر نوشته می‌شوند.
(‏335)

به کمک این دو معادله و تعریف نرخ کرنش پلاستیک تجمعی، ، رابطه بین و به دست می‌آید.
(‏336)
نتایج آزمایش‌های بسیار نشان داده است که باید تابعی غیرخطی از باشد. یکی از مناسب‌ترین توابع پیشنهادی برای آن به ‌صورت زیر است.
(‏337)
بنابراین قانون رشد آسیب به صورت زیر به‌دست می‌آید:
(‏338)
در معادلات فوق S و s، پارامترهای ماده هستند که تابعی از دما می‌باشند. به این ترتیب معادلات متشکله آسیب را می‌توان به ‌صورت زیر نوشت:
(‏339) اگر
اگر شروع ترک ماکروسکوپی : که در آن
(‏340)

همچنین پارامتر بحرانی آسیب است که باعث بروز ترک در ابعاد مزو می‌شود.
قانون متحد لومتر مدل‌های گوناگونی را به شرح زیر پوشش می‌دهد:
اگر توسط پلاستیسیته بیان شود، آسیب نرم را مدل‌سازی می‌کند.
اگر توسط قوا‌نین ویسکوزیته (مانند قانون ویسکوز نورتن) بیان شود، آسیب خزشی را مدل‌سازی می‌کند.
اگر توسط پلاستیسیته‌ دوره‌ای بیان شود، آسیب خستگی را مدل‌سازی می‌کند.
اگر در ابعاد میکروسکوپیک باشد، آسیب شبه ترد را مدل‌سازی می‌کند.
معادلات الاستو-(ویسکو-)پلاستیسیته کوپل با آسیبتمامی معادلات متشکله از تابع پتانسیل اتلاف، ، بر اساس چارچوب ترمودینامیک استخراج می‌شوند. بر اساس انتخاب‌های متفاوت برای فرم تحلیلی توابع ، و ، معادلات متشکله مختلفی به دست می‌آیند.
معادلات اساسی (ویسکو-)پلاستیسیته بدون کوپل با آسیب
در پلاستیسیته و ویسکوپلاستیسیته، معیار تسلیم برای بیان حالات مختلف ماده به کار می‌رود.
حالت الاستیک
حالت پلاستیک
حالت ویسکوپلاستیک
که تنش ویسکوز در قانون ویسکوزیته می‌باشد. معیار تسلیم ون‌میزز همراه با کار‌سختی همسان و سینماتیکی به صورت زیر بیان می‌گردد.
(‏341)
که در آن
(‏342)
کار‌سختی همسان ناشی از چگالی نابجایی‌ها می‌باشد و بیانگر تغییرات اندازه سطح تسلیم در فضای تنش‌ها می‌باشد. یکی از مدل‌های متداول کار‌سختی همسان که رفتار اشباع شدن ناشی از کرنش‌سختی را به خوبی پیش‌بینی می‌کند، مدل نمایی است.
(‏343)
که و پارامترهای ماده و وابسته به دما می‌باشند. در غیاب آسیب، پارامتر r برابر با کرنش پلاستیک تجمعی، p ، می‌باشد.
کار‌سختی سینماتیکی متناظر با تانسور پیش‌تنش، ، مربوط به تجمع میکروتنش‌های داخلی ماده می‌باشد و بیانگر جابجایی سطح تسلیم در فضای تنش‌ها می‌باشد. یکی از مدل‌های مناسب در زمینه پیش‌بینی رفتار پلاستیسیته دوره‌ای در فلزات، مدل کار‌سختی سینماتیکی غیر‌خطی (مدل آرمسترا‌نگ- فردریک[106]) می‌باشد که از تابع پتانسیل زیر به‌دست می‌آید.
(‏344)
که و پارامترهای ماده و وابسته به دما می‌باشند. در غیاب آسیب، قانون رشد تانسور پیش‌تنش به صورت زیر است.
(‏345)
همان‌‌طور که قبلا ذکر گردید، ضریب پلاستیک، ، موجود در قوانین رشد برای حالت پلاستیک توسط شرایط سازگاری تعیین می‌گردد که این شرایط به صورت زیر هستند.
(‏346)
که شرط بیانگر این است که حا‌لت تنش بر روی سطح تسلیم واقع است و شرط بیان می‌کند که افزایش حا‌لت تنش، باعث القای همان مقدار افزایش در سطح تسلیم می‌شود.
برای حالت ویسکوپلاستیک، ضریب پلاستیک تابعی از نرخ کرنش پلاستیک تجمعی، ، می‌باشد که توسط قانون ویسکوزیته بیان می‌گردد. قانون توانی نورتن[107] که یکی از قوانین متداول ویسکوزیته می‌باشد، به صورت زیر است.
(‏347) یا
معادلات کوپل بین پلاستیسیته و آسیبدر نهایت تمامی معادلات کوپل بین پلاستیسیته و آسیب همسان در جدول 3-3 آورده شده‌اند[51].

جدول ‏33 معادلات الاستو– (ویسکو-) پلاستیسیته کوپل با آسیب همسانجداسازی کرنش‌ها
ترموالاستیسیته
(ویسکو-) پلاستیسیته

آسیب

ضریب پلاستیک که از شرایط به‌دست می‌آید.
ضریب ویسکوپلاستیک قانون توانی نورتن :
مدل‌سازی اندرکنش خزش-خستگیآسیب خزش-خستگی در فلزات هنگامی رخ می‌دهد که خستگی کم‌چرخه در دمای بالا، مثلاً بالای یک سوم دمای ذوب، وجود داشته باشد. این پدیده بسیارخطرناک است، زیرا وجود یک پدیده بر کاهش حد دوام پدیده دیگر موثر است، به عنوان مثال تغییرات کوچک در آسیب خزش، عمر خستگی را به مقدار قابل ملاحظه‌ای (با یک رابطه غیرخطی) کاهش می‌دهد. مدل‌های ابتدایی ارائه شده در این زمینه از روش جمع خطی آسیب، قانون تایرا[108]، برای در نظر گرفتن اندرکنش خزش-خستگی بهره می‌بردند. به عنوان مثال، در حالت بارگذاری متناوب تک‌محور هم‌دما با شرایط و با زمان نگه‌داشتن[109]، اگر تعداد چرخه‌های بارگذاری خستگی، تعداد چرخه‌های لازم برای شکست تحت بارگذاری خستگی خالص و زمان رسیدن به شکست در خزش خالص برای تنش ماکزیمم،، باشد معیار جمع خطی آسیب برای شکست به صورت زیر خواهد بود.
(‏348)
هر چند عیوب ناشی از اثرات مختلف مانند خزش و خستگی را به علت ماهیت و مکانیزم متفاوتشان نمی‌توان مستقیماً با هم جمع نمود، اما به کمک مفهوم تنش مؤثر می‌توان کاهش سطح مؤثر ناشی از اثرات مختلف را با هم جمع نمود، بنابراین آسیب کل به صورت زیر بیان می‌گردد.
(‏349)
که آسیب ناشی از مکانیزم خزش و آسیب ناشی از مکانیزم خستگی می‌باشد. روابط و برای آسیب خزش-خستگی بر اساس اصول ترمودینامیک آسیب بیان می‌شوند که این روابط اثرات آسیب تجمعی غیرخطی و تنش‌های چندمحوره را در نظر می‌گیرند[9]. شکل زیر تفاوت قانون جمع خطی آسیب و مدل‌سازی از روش آسیب را نشان می‌دهد.

شکل ‏310 تفاوت قانون جمع خطی آسیب و روش مکانیک آسیب پیوسته [3]اندازه‌گیری آسیبرشد ریزترک‌ها و ریزحفره‌ها در اثر پدیده آسیب باعث ایجاد تغییر در خصوصیات ماده می‌شود که به کمک این تغییرات می‌توان آسیب را اندازه‌گیری نمود. از جمله این تغییر خصوصیات می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
کاهش مدول الاستیسیته
کاهش تنش تسلیم
کاهش سختی
کاهش سرعت امواج آلتراسونیک
کاهش چگالی
افزایش نرخ کرنش خزشی
افزایش مقاومت الکتریکی
انواع روش‌های مختلف اندازه‌گیری آسیب بر مبنای تغییر خواص ماده در شکل زیر بیان شده‌اند. به کمک این خواص و استفاده از روش معکوس می‌توان مقدار آسیب در مواد را توسط روش‌های آزمایشگاهی تعیین نمود.

– (92)

متغیر آسیب
آسیب بحرانی
نرخ آسیب
چگالی سطح ناپیوستگی‌های ماده در صفحه‌ای عمودی بر جهت
مدول الاستیسیته
مدول الاستیسیته ماده‌ی آسیب دیده
تابع پتانسیل اتلاف
نیرو F
تابع پتانسیل اتلاف کارسختی سینماتیکی
تابع پتانسیل اتلاف آسیب
تابع تسلیم
سطح آستا‌نه آسیب
ثابت‌های قانون توانی نورتن
بردار نرمال سطح
پارامتر آسیب متناظر با چگالی چگالی سطحی ریزترک‌ها و ریزحفره‌ها
کرنش پلاستیک تجمعی
نرخ کرنش پلاستیک تجمعی
کرنش پلاستیک تجمعی آستانه
شار حرارتی
آسیب ناشی از کرنش پلاستیک تجمعی
متغیر تنش سختی همسان
پارامتر ماده برای مدل سختی همسان
پارامترهای ماده برای مدل آسیب
چگالی انتروپی s
دما
زمان
پیش‌تنش سینماتیکی تک‌محور
تانسور پیش‌تنش
پارامتر ماده برای مدل سختی سینماتیکی
نرخ رهایی انرژی آسیب
ضریب انبساط حرارتی
تانسور پیش‌کرنش
دلتا کرانکر
سطح مقطع
سطح مقطع موثر
حجم المان مشخصه
کرنش آستانه آسیب
کرنش گسیختگی
کرنش
کرنش الاستیک
کرنش پلاستیک
نرخ کرنش پلاستیک
پارامتر ماده برای مدل سختی سینماتیکی
ضریب پلاستیک
نسبت پواسون
چگالی ماده آسیب دیده
چگالی
تنش
تنش موثر
تنش انحرافی
تنش ون‌میزز معادل
تنش هیدرواستاتیک
تنش گسیختگی
تنش نهایی
تنش ویسکوز
تنش تسلیم
چگالی انرژی ذخیره‌شده
نرخ چگالی انرژی ذخیره‌شده
آنتا‌لپی آزاد مخصوص گیبس
تابع انرژی پتا‌نسیل الاستیک
تابع انرژی پتا‌نسیل پلاستیک
تابع انرژی پتانسیل گرمایی
مقدمه
مقدمه
مقدمهتوربين‌هاي گاز یکی از اجزای بسیار مهم برای تولید انرژی در صنایعی نظیر هوافضا، دریانوردی، نفت و نیروگاه‌های حرارتی می‌باشند و كاربرد آنها در صنایع مختلف روز‌به‌روز در حال گسترش مي‌باشد. بنابراین مطالعه و بررسی ابعاد مختلف توربين گاز به منظور استفاده بهينه و توسعه آن، امروزه در مراكز تحقيقاتي دنيا اهميت ويژه‌اي پيدا كرده است. با توجه به اینکه توربین‌های گاز در شرایط کاری در برابر دما و نیروهای بسیار زیاد قرار می‌گیرند، دارای عمر محدودی هستند. بنابراین نیاز است که بتوان عمر اجزای آن را پیش‌بینی نمود. توانایی در انجام تخمین عمر ما را قادر به استفاده بهینه از تجهیزات مهندسی می‌کند که دارای مزایای اقتصادی بسیار زیادی می‌باشد.
یکی از اجزای بسیار مهم و اساسی توربین گاز، روتور آن می‌باشد که در معرض تنش‌ها و دماهای بسیار زیاد قرار دارد. اين شرايط كاري بحراني دما و تنش بالا باعث مي‌گردد که مكانيزم‌هاي تخریب مختلفي بر روي روتور اعمال شده و در نتيجه روتور به مرور زمان دچار زوال و افت خواص شود.
در زمينه علل واماندگي[1] روتور، تحقيقات متعددي صورت گرفته است و مهمترين مكانيزم‌هاي تخریب آن از جمله خزش، خستگي، اكسيداسيون و خوردگي از لحاظ ريزساختاري و فيزيكي بررسي شده‌اند. همچنين اثر متقابل اين واماندگي‌ها كه مي‌تواند ناشي از اثر همزمان دو يا بيشتر اين عوامل باشد، بررسي شده است. بر اساس نتایج حاصل، اندرکنش خزش-خستگي[2] از جمله مهمترین علل واماندگي در روتور توربين گاز مي‌باشد. اين پدیده كه ناشي از شرايط كاري سخت دما بالا و تنش‌هاي زياد مي‌باشد عمر روتور را محدود مي‌كند. تركيب تنش و دمای زياد باعث بروز پديده خزش شده و گراديان‌هاي شديد دمایی باعث خستگي حرارتي مي‌گردند. بنابراین مهمترین مکانیزم‌های تخریبی که در زوال روتور و در نتیجه کاهش عمر آن نقش دارند عبارتند از خستگی حرارتی، خزش و اندرکنش آن‌ها.
بر خلاف سایر قطعات توربین مانند پره‌ها و اتصالات، واماندگي روتور در حين عمليات مي‌تواند خسارات جبران‌ناپذير و سنگيني را به كل مجموعه توربین وارد كند. بنابراین سازندگان و کاربران توربین‌‌ها همواره در تلاش بوده‌اند تا بتوانند عمر مفید روتور را تشخیص داده و در زمان مناسب اقدام به تعمیر و در صورت لزوم تعویض آن کنند. علاوه بر این، تعویض روتور می‌تواند هزینه‌های سنگینی را متوجه نیروگاه‌ها کند. با توجه به این مطالب،‌ روشن می‌شود که تخمین دقیق‌تر عمر روتور به منظور استفاده بهینه از آن همواره از موارد مورد تحقیق پژوهشگران بوده و می‌تواند کمک شایان توجهی به کاهش هزینه‌ها در صنعت‌ کند. بنابراین آگاهي کامل و دقیق از مکانیزم‌های شكست و از كار افتادگي قطعات توربین به خصوص روتور، یک ضرورت محسوب می‌شود و می‌تواند با تخمین بهینه عمر، منجر به صرفه‌جویی اقتصادي قابل ملاحظه‌ای شود. از این دیدگاه،‌ اهمیت بحث تخمین عمر روتور توربین گاز روشن می‌شود.
لازم به ذکر است که پیشرفت‌های چشمگیر در زمینه تکنولوژی ساخت توربین‌های گاز موجب شده است که قسمت‌های مهم و دوار اجزای نیروگاه‌ها مانند روتور و اجزای توربین‌، تحت بارهای کاری و دماهای بسیار بالاتری نسبت به گذشته به‌کار گرفته شوند که این امر بر ضرورت گسترش تحقیقات جدید در این زمینه دلالت دارد.
مكانيك آسيب پیوسته[3]آسیب ماده یک فرایند فیزیکی است که طی آن ماده تحت بارگذاری دچار کاهش و زوال خصوصیات مکانیکی می‌شود و در نهایت می‌شکند. تضعیف ماده ناشی از پیدایش و رشد ریزترک‌ها[4] و ریزحفره‌ها[5] در بافت ماده است. علم مكانيك آسيب، علم مطالعه متغیرهای مکانیکی دخیل در این فرایندها در ماده تحت بارگذاری می‌باشد. بر خلاف ماهیت ناپیوسته‌ی آسیب، تئوری مکانیک آسیب پیوسته می‌کوشد تا رشد و گسترش این ناپیوستگی‌ها را در یک چارچوب پیوسته مدل‌سازی کند که این کار را با تعریف یک متغیر داخلی در محیط پیوسته انجام می‌دهد[1]. می‌توان گفت اگر مکانیک شکست[6] که علم بررسی و مدل‌سازی ناپیوستگی‌ها است را بتوان در چارچوب مکانیک پیوسته کلاسیک بیان نمود، به سمت مکانیک آسیب پیوسته رهنمون می‌شویم. در واقع هدف از گسترش مکانیک آسیب پیوسته پر نمودن فاصله موجود بین مکانیک پیوسته کلاسیک و مکانیک شکست می‌باشد. در دهه‌های اخیر تحقیقات زیادی بر روی مدل کردن فرآیند آسیب صورت گرفته، و تاکنون مدل‌های آسیب پیوسته‌ی متنوعی برای توصیف چنین پدیده ای در چارچوب مکانیک آسیب، ارایه شده است.
با وجود اینکه اصول و مفاهیم پایه مکانیک آسیب سابقه‌ای طولانی دارد، اما گسترش آن به خصوص برای مواد نرم در دهه‌های اخیر رخ داده است و از این جهت یک زمینه‌ی نسبتاً نو در علوم مکانیک به شمار می‌رود. در حال حاضر، مکانیک آسیب به عنوان یکی از مناسب ترین روش‌ها برای ارزیابی شکست در مواد نرم شناخته شده است[2].
هدف از انجام پژوهشهدف از انجام این پژوهش، تحلیل تنش‌هاي مكانيكي و حرارتي برای یک نمونه روتور توربین گاز می‌باشد. روتور توربین گاز در شرایط کاری تحت گراديان‌هاي شديد دمایی و تنش‌های بسیار زیاد قرار مي‌گيرد که منجر به ایجاد مکانیزم‌های زوال در روتور می‌شوند. می‌توان از پديده خزش در اثر تركيب دما و تنش‌های زياد و همچنین پدیده خستگي حرارتي در اثر تغييرات دما به عنوان مهمترین مکانیزم‌های آسیب در روتور نام برد. با توجه به اینکه دو پديده خزش و خستگی همزمان رخ می‌دهند، بنابراین ضروری است در تحلیل تنش‌ روتور اثرات این دو پدیده به‌طور همزمان در نظر گرفته شوند. در این پژوهش از تئوری مکانیک آسیب پیوسته برای تحلیل تنش استفاده شده است، زیرا این تئوری توانایی این را دارد که اندرکنش خزش-خستگی را در نظر بگیرد.
با توجه به هندسه پيچيده روتور و بارگذاری مختلط آن، در این پژوهش برای تحليل تنش‌هاي مكانيكي و حرارتي روتور، از نرم افزار المان محدود ABAQUS استفاده شده است.
همچنین با توجه به اینکه برای تحلیل تنش، نیاز به تعیین خصوصیات مکانیکی روتور موردنظر می‌باشد، با انجام آزمایش‌های مختلف بر روی ماده موردنظر، خصوصیات مکانیکی ماده تعیین شده‌اند.
چکیده مباحث مطرح شده در این پایان‌نامهپس از بیان مقدمات و هدف از انجام این پایان نامه، در فصل دوم به بررسی پژوهش‌های انجام شده در زمینه مکانیک آسیب و مدل‌های ارایه شده برای در نظر گرفتن اندرکنش خستگی و خزش پرداخته شده است.
در فصل سوم، مفاهیم اساسی مکانیک آسیب و قوانین حاکم بر پدیده آسیب معرفی شده‌اند و معادلات حاکم بر مسئله نیز بیان شده‌اند. سپس به بررسی اجمالی روش‌های اندازه‌گیری آسیب و نحوه استخراج پارامترهای لازم برای ماده موردنظر پرداخته شده است.
در فصل چهارم، شرایط کاری و هندسه روتور توربین گاز بیان شده است و چگونگی مدل‌سازی آن در نرم‌افزار ABAQUS شرح داده شده است.
در فصل پنجم، ابتدا روند شناسایی جنس فولاد روتور توربین بیان شده است. در ادامه چگونگی استخراج پارامترهای ماده به کمک آزمایش‌های انجام گرفته به تفصیل بیان شده است. همچنین به منظور اعتبارسنجی روند مدل‌سازی مسئله، تمامی آزمایش‌ها توسط نرم‌افزار ABAQUS شبیه‌سازی و با نتایج آزمایش‌ها مقایسه شده است.
در فصل ششم، نتایج حاصل از مدل‌سازی روتور آورده شده است. همچنین نتایج مدل‌سازی با نتایج حاصل از آزمون رپلیکا[7] مقایسه شده است.
در فصل هفتم، یک جمع‌بندی کلی از روند تحلیل مسئله ارایه و در پایان پیشنهاداتی در مورد ادامه کار بیان شده است.

مروري بر تحقيقات انجام شده
مروري بر تحقيقات انجام شده
مکانیک آسیب پیوستهشکست مواد یکی از زمینه‌های اساسی علوم مهندسی است که از دیرباز مورد مطالعه قرار گرفته است. در حدود سال‌های 1500 میلادی، لئونارد داوینچی[8] پدیده شکست را به وسیله خواص مکانیکی بررسی کرد. تاکنون مطالعات زیادی در زمینه‌ی شکست ماکروسکوپی صورت گرفته و معیارهای متنوع زوال (توابعی از مؤلفه‌های تنش یا کرنش)، برای بیان و تشخیص شکست مواد پیشنهاد شده است. از آن جمله می‌توان به معیارهای کلمب[9]، رانکین[10]، ترسکا[11]، ون‌میزز[12]، موهر[13] و کاکت[14] اشاره نمود. با این وجود، پدیده تخریب ناشی از زوال تدریجی ماده در دهه‌های اخیر مورد توجه قرار گرفته است[3].
سال 1958را می‌توان به عنوان نقطه آغاز مکانیک آسیب پیوسته در نظر گرفت. در این سال کاچانف[15]، کاهش سفتی و زوال ماده را به ریزترک‌ها و حفره‌های درون ماده نسبت داد و یک متغیر پیوسته را بر مبنای چگالی این عیوب معرفی نمود[4]. پس از آن رابتنف[16] (1968) مفهوم تنش موثر[17] را بیان نمود[5]. گسترش و پایه‌ریزی مکانیک آسیب پیوسته در دهه 1970 عمدتا بر اساس این دو تعریف فوق انجام گرفت. لازم به ذکر است که هر دو‌‌ی افراد مذکور، شکست خزشی در فلز تحت بارگذاری تک محور را مورد بررسی قرار داده بودند.
اولین موج مقالاتی که در پی کارهای اولیه کاچانف در رابطه با موضوع مکانیک آسیب به‌وجود آمد، جنبه‌های گوناگون خزش در فلزات را مورد بررسی قرار داد. تعداد زیادی از محققان مثل ادکویست[18] و اریکسون[19] (1963)، هالت[20] (1974،1973) و برابرگ[21] (1974) شکست خزشی در کشش تک‌محور را مورد بررسی قرار دادند[6].
یکی از تعاریف بسیار مهم در مکانیک آسیب توسط لومتر[22] در سال 1971 انجام گرفت[7]. وی اصل کرنش‌ معادل برای ارتباط بین آسیب و کرنش‌ها را بیان نمود. هالت (1972) برای اولین بار در مقاله خود از عبارت مکانیک آسیب پیوسته (CDM) استفاده نمود[8]. هایهورست[23] و لکی[24](1974) برای اولین بار مکانیک آسیب پیوسته را برای تحلیل خزش سازه‌ها استفاده کردند[9]. موفقیت استفاده از مکانیک آسیب پیوسته در مدل‌سازی آسیب خزشی محققان زیادی را به توسعه کاربرد این روش برای آسیب پلاستیک نرم[25]، اندرکنش خزش-خستگی، شکست ترد[26] و آسیب خستگی ترغیب کرد[10]. در ادمه لومتر و شاباش[27] (1978)، لومتر و پلامتری[28] (1979) و زانووسکی[29] وکولسگا[30] (1980) به بررسی اندرکنش خزش-خستگی پرداختند[11,12,13]‌. بودیانسکی (1976) روابط بین آسیب و الاستیسیته را بیان نمود[14]. همچنین لومتر و دوفیلی (1976) روشی را برای اندازه‌گیری آسیب به کمک کاهش سختی معرفی نمودند [15].
نخستین پژوهش‌ها در زمینه مطالعه بر رو‌ی مواد ترد توسط جانسون[31] و هالت (1977) صورت گرفت. جانسون مدل آسیب برای رشد ترک را مورد بررسی قرار داد. پس از آن راجینویچ[32] (1979)، لومتر و مازارز[33] (1980) و لولند[34](1980) بر روی خمش تیرهای بتنی مطالعاتی انجام دادند[6].
یکی از مهمترین مدل‌ها برای آسیب توسط گرسون[35] در سال 1977 فرمول‌بندی شد[16]. وی حفره‌های موجود در ماده را به صورت شبه‌کره فرض نمود و سپس تابع تسلیم در ماده نرم مختلخل را به صورت تابعی از آسیب در نظر گرفت. مدل ارایه شده توسط گرسون، توسط دیگر محققین مانند ندلمن[36] و تورگارد[37] (1984) مورد بازبینی و اصلاح قرار گرفت که اکنون با نام مدل گرسون-تورگارد-ندلمن (GTN) از معروف‌ترین مدل‌ها در زمینه آسیب مختلخل می‌باشد[17].
در سال 1978 محققین فرانسوی، لومتر و شاباش، تئوری الاستیک-پلاستیک و الاستیک-ویسکوپلاستیک برای ماده آسیب دیده را در چارچوب ترمودینامیک فرایندهای برگشت‌ناپذیر[38] معرفی نمودند[18]. با این کار قابلیت اعمال مکانیک آسیب پیوسته به فرایند آسیب پلاستیک، خزش و خستگی بیان شد. همچنین آن‌ها نشان دادند که نیروی ترمودینامیکی متناظر با آسیب همان نرخ رهایی انرژی کرنشی الاستیک[39] می‌باشد که این بیان منجر به شناخت واضحی از مکانیک آسیب پیوسته همانند مکانیک شکست گردید.
با توجه به اینکه شکل و امتداد رشد ریزترک‌ها و حفره‌ها وابسته به جهت تنش و کرنش است، بنابراین فرآیند آسیب به‌ طور کلی یک فرآیند ناهمسان می‌باشد. نخستین کوشش در زمینه بیان ماهیت ناهمسان آسیب، توسط کردیبویس[40] و سیدورف[41] (1979) با بیان اصل انرژی معادل برای آسیب ناهمسان صورت گرفت[19]. راجینویچ و موراکامی[42] (1981) تعریف فیزیکی و پدیده‌شناختی متغیرهای آسیب ناهمسان را بیان نمودند[20,21]. البته در زمینه آسیب ناهمسان، تاکنون روش‌های پیچیده‌ای مانند بیان آسیب به صورت تانسور مرتبه چهار و یا حتی مرتبه هشت نیز ارایه شده است[22]. تحلیل مسائل الاستیک-‌پلاستیک برای تغییر شکل‌های بزرگ همراه با آسیب ناهمسان به کمک تانسور مرتبه چهار توسط ویاجیس و همکاران مورد بررسی قرار گرفته است[23]. لادوز[43] (1983) آسیب ناهمسان در سازه‌های کامپوزیتی را بر اساس اصل انرژی معادل بیان نمود[24].
لومتر (1985) مدلی را بر مبنای ترمودینامیک فرایندهای برگشت‌ناپذیر برای آسیب همسان مسایل الاستیک-پلاستیک دارای تغییر شکل‌های کوچک ارایه داد[25]. وی با استفاده از مفهوم کرنش معادل، در روابط حاکم بر کرنش برای ماده بدون آسیب، تانسور تنش مؤثر را جایگزین تانسور تنش کوشی نمود.
مدل ارایه شده توسط لومتر، توسط دیگر محققین توسعه پیدا کرده است. بنالل[44] (1988) اثر پارامتر آسیب را بر تانسور پیش‌تنش، ناشی از کار سختی سینماتیکی، همانند تانسور تنش مؤثر در نظر گرفت[26]. دار[45] (1996) نیز اثر پارامتر آسیب را بر روی کار سختی همسان در نظر گرفت[27].
همچنین مدل‌های دیگری بر مبنای مدل اولیه لمتر و بر اساس پتانسیل اتلاف آسیب ارایه شده است. در این دیدگاه با فرض کرنش معادل و وجود پتانسیل اتلاف آسیب، اقتباس شده از تئوری پلاستیسیته، معادلات متشکله برای مواد نرم آسیب دیده به‌دست می‌آید که در این زمینه می‌توان به مدل‌های تای[46] و یانگ[47] (1986) [28]، تای (1990) [29] و چاندراکانث[48] و پندی[49] (1993) [30] اشاره نمود.
مدل ترکیبی الاستیک-پلاستیک-آسیب لومتر توسط بسیاری از محققین برای پیش‌بینی آسیب داخلی و شکست در فلزات نرم مورد استفاده قرار گرفت. دقری[50] و بنالل (1988) برای اولین بار روش نگاشت برگشتی[51] را برای انتگرال‌گیری عددی از معادلات متشکله لومتر استفاده نمودند[26]. دقری در سال 1995 مدل آسیب نرم را برای تحلیل پلاستیک با در نظر گرفتن کار سختی همسان و سینماتیکی به کمک روش اجزای محدود پیاده‌سازی نمود و قابلیت آنرا در پیش‌بینی رفتار خستگی به کمک نتایج آزمایشگاهی نشان داد[31]. نتیجه روش نگاشت برگشتی در حالت تنش سه بعدی، شامل تعداد 14 معادله جبری غیرخطی کوپله است و برای حالت تنش صفحه‌ای به 8 معادله غیرخطی کوپله تقلیل می‌یابد[32]. نتو[52] (2002) با در نظر گرفتن کارسختی همسان در مدل آسیب لومتر و عدم وجود کارسختی سینماتیکی توانست الگوریتم انتگرال‌گیری معادلات متشکله الاستیک-پلاستیک-آسیب را به یک معادله جبری غیرخطی تقلیل دهد[33]. مشایخی و همکاران (2006)، روش الگوریتم انتگرال‌گیری نتو را برای آسیب نرم سه‌بعدی به‌کار بردند و با نتایج آزمایشگاهی فولاد A533 مورد بررسی قرار دادند[34].
امروزه مکانیک آسیب به جایی رسیده است که از آن در کاربردهای مهندسی استفاده می‌شود. این بخش از مکانیک جامدات که بر پایه علم متالورژی قرار دارد، پدیده تخریب مواد را به کمک تعریف متغیر داخلی که بیانگر زوال ماده قبل از شروع ترک ماکروسکوپی می‌باشد، توصیف می‌کند.
اندرکنش خزش– خستگياز نظر تاریخی، در زمان جنگ جهانی دوم مکانیزم تخریب در اثر اندرکنش خزش-خستگی مورد توجه محققین قرار گرفت. اولین تلاش‌ها در این زمینه در آلمان بین سا‌ل‌های 1936 تا 1942 میلادی صورت گرفت. بلافاصله پس از جنگ تلاش برای پیش‌بینی رفتار خزش-خستگی و توسعه تئوری علم مواد صورت گرفت. وود[53] در سال 1966 برای اولین بار عبارت اندرکنش خزش-خستگی را به‌کار برد و بیان نمود که نمی‌توان خزش و خستگی را به تنهایی برای تحلیل و تخمین صحیح عمر سازه‌ها به‌کار برد، زیرا وجود یک پدیده بر کاهش حد دوام پدیده دیگر مؤثر است. در ادامه آزمایش‌های بسیاری برای شناخت مکانیزم خزش-خستگی و توسعه تئوری‌های مختلف توسط محققین صورت گرفت و تاکنون مدل‌های زیادی جهت تخمین عمر خزش-خستگی ارایه شده است[35]. هالفورد (1991) در بررسی مدل‌های تخمین عمر خزش-خستگی، بیش از صد روش مختلف را بر اساس تئوری‌های موجود در چهارده دسته طبقه‌بندی نمود[36]. در حال حاضر، مکانیک آسیب به عنوان یکی از مناسب‌ترین روش‌ها برای ارزیابی اندرکنش خزش-خستگی شناخته شده است. در ادامه، تعدادی از پژوهش‌های اخیر را که در زمینه اندرکنش خزش-خستگی و با استفاده از مکانیک آسیب انجام شده‌اند معرفی می‌شوند.
سرماگ[54] و همکاران (2000) خزش-خستگی را تحت بارگذاری چندمحوری و با در نظر گرفتن تغییرات دما با زمان و مکان، از دو روش محاسباتی و تجربی بررسی کردند[37]. آن‌ها با در نظر گرفتن معادلات الاستو-ویسکوپلاستیک مستقل و یا کوپل شده با آسیب همراه با سختی سینماتیکی و همسان، به این نتیجه رسیدند که قانون آسیب متحد[55] که ابتدا برای واماندگی نرم و سپس خستگی پیشنهاد شده است، می‌تواند برای اندرکنش خزش-خستگی چندمحوری به‌کار رود، با این تفاوت که بایستی بیان جدیدی برای حد آستانه آسیب[56] استفاده شود. همچنین دریافتند که نتایج محاسبات مستقل نسبت به تحلیل کاملاً کوپل شده مناسب‌تر می‌باشند.
دایسون[57] (2000) روش مکانیک آسیب پیوسته را با دیگر روش‌های تعیین عمر باقیمانده خزش مانند روش پارامتر امگا[58]، تصویرسازی تتا[59]، پارامتر لارسن-میلر[60] و قانون کسر عمر رابینسون[61] مقایسه نمود[38]. وی نشان داد که روش مکانیک آسیب پیوسته قابلیت و توانایی هر کدام از روش‌های ذکر شده را در پیش‌بینی رفتار ماده دارد. همچنین وی بیان نمود از آنجایی که مکانیک آسیب پیوسته شامل معادلات کوپله برای کرنش غیرالاستیک[62]، تنش داخلی و رشد ناپیوستگی‌ها (آسیب) می‌باشد، می‌توان این معادلات را برای هر شرایط کاری و مرزی مورد نیاز انتگرال‌گیری نمود و محدودیت روش‌های دیگر برای استفاده در شرایط خاص را ندارد.
نیفل[63] و همكاران (2001) بر اساس نتایج آزمایش‌های متعدد بر روی فولادهای کم‌آلیاژ CrNiMo و CrNiMoV مدلی را برای تخمین عمر فولاد‌ها در اثر ترکیب خستگی کم‌چرخه و خزش پيشنهاد كردند[39]. آنها با استفاده از ماهیت پارامتر آسیب، مدل جامعی را معرفی نمودند که برای محدوده دمایی وسیع و دامنه‌های بارگذاری مختلف و مقادیر مختلف بار ماکزیمم قابل استفاده است. این مدل نه تنها آسیب را مشخص می کند، بلکه مقدار تغییر شکل را در همه مراحل خزش تعیین می‌کند.
ژیانپینگ[64] و همكاران (2003) براي ارزيابي عمر خزش-خستگي يك روتور توربين بخار، مدل مكانيك آسيب پيوسته غيرخطي را با احتساب اثرات تنش چندمحوري و اندرکنش خزش-خستگي و همچنين در نظر گرفتن قانون رشد غيرخطي آسيب، پيشنهاد كردند[40]. آن‌ها با مقايسه نتايج حاصل از مدل خود با تئوري جمع خطي آسيب[65] نتيجه گرفتند كه مدلشان تجمع و گسترش آسيب را بهتر توصيف مي‌كند.
گوسوامي (2003) توسط اطلاعات خزش-خستگي برای فولادهای1CrMoV و 2.25CrMo و 9Cr1Mo روشي بر مبناي ويسكوزيته براي مرتبط كردن اطلاعات خزش-خستگي فولادهای CrMo در دماهای بالا يافت[41].
ژيائو[66] (2004) يك چارچوب مكانيك آسيب پيوسته همسانگرد[67] را معرفی نمود که اندرکنش سه مكانيزم آسيب ترد، آسيب نرم و آسيب خزشی را در نظر می‌گیرد[42]. این سه پارامتر آسيب، كه هر يك بر طبق طبيعت فيزيكي خود تعريف شده‌اند، براي توصيف فرآيند آسيب ماده به‌كار می‌روند. وی رابطه بين آسيب نهايي و این سه پارامتر آسيب را به‌دست آورد و مدل جديدی را برای آسيب خزش-خستگي با در نظر گرفتن اثر كوپلينگ آسيب خستگي و خزش معرفی نمود و نتایج خود را با نتایج مدل لومتر-پالمتری مقایسه نمود.
شانگ و همكاران (2006) بر مبناي رويكرد صفحه بحراني[68]، يك پارامتر آسيب خستگي چندمحوري براي محاسبه كردن آسيب خستگي خالص تحت بارگذاري تك‌محوره و چندمحوره در دماهاي بالا پيشنهاد كردند و با به‌كار بردن قانون جمع خطي آسيب، عمر خزش-خستگي چندمحوره در دماي بالا را پيش‌بيني كردند[43]. نتايج حاصل از مدل آن‌ها توافق خوبي با داده‌هاي تجربي حاصل از نمونه‌هاي لوله‌اي نازك ساخته شده از سوپرآلياژ GH4169 و فولاد 1.25Cr 0.5Mo نشان داد.
چن و همكاران (2007) با استفاده از قانون پايستگي انرژي و اصل پايستگي ممنتوم اندرکنش خزش-خستگي را توصيف كردند[44]. در واقع با تكنيك‌هاي رياضي از قوانين فوق، تابع ساده‌اي براي ارتباط بين انرژي دروني و عمر يافتند كه اين مدل قابل كاربرد براي هم آزمايش‌هاي كرنش كنترل‌شده و هم آزمايش‌هاي تنش‌ كنترل‌شده مي‌باشد. نتايج حاصل از مدل آن‌ها توافق خوبي با داده‌هاي تجربي حاصل از اجراي آزمايش روي فولاد 1.25Cr0.5Mo تحت تنش كنترل‌شده در دماي 540 درجه سانتیگراد داشت.
کیم و همكاران (2007) یک مدل تخمین عمر متحد[69] بر اساس مکانیک آسیب پیوسته برای در نظر گرفتن اندرکنش خزش-خستگی در سوپرآلیاژهای پایه نیکل تحت بارگذاری دوره‌ای در دماهای بالا ارائه کردند که منحنی‌های تنش-کرنش و آسیب تجمعی را پیش‌بینی می‌کند[45]. متحد بودن مدل بدین معنا است که رفتار تغییر شکل ماده (شامل خزش و خستگی) به‌طور کامل با فرایند آسیب کوپل است که منجر به تخمین رشد آسیب کل می‌شود. آن‌ها همچنین با انجام چهار نوع آزمایش خستگی کم‌چرخه در دمای 650 درجه سانتیگراد، اثرات دامنه کرنش و زمان نگه‌داشتن[70] کرنش را بر روی رفتار خستگی بررسی کردند.
کلمبو و همکاران (2008) رفتار خستگی حرارتی فولاد 1CrMoV که یک ماده متداول برای روتور توربین است را تحت شرایط بارگذاری مشابه با شرایط واقعی کارکرد توربین‌ها بررسی کردند[46]. این آزمایش‌ها عبارت بودند از آزمایش خستگی ترمومکانیکی نمونه‌های تک‌محوره تحت شرایط بارگذاری واقعی؛ آزمایش خستگی ترمومکانیکی بر روی میله‌های دارای شکاف به منظور مطالعه شروع ترک خزش-خستگی و رفتار رشد ترک در محل‌های تمرکز تنش؛ آزمایش خستگی ترمومکانیکی انجام شده بر روی یک قطعه بزرگ سه‌بعدی با یک شیار عمیق تحت شرایط تنش‌های حرارتی دوره‌ای به منظور شبیه‌سازی شرایط تنش چند‌محوره و گرادیان کرنش حرارتی در روتور توربین. نتایج این آزمایش‌ها، اطلاعات ارزشمندی را در رابطه با رفتار این فولاد بیان می‌کنند و برای تعیین و اعتبار‌سنجی مدل‌های تخمین عمر به‌کار می‌روند.
تاکاهاشی (2008) با انجام یک سری آزمایش خزش-خستگی بر روی سه نوع فولاد با مقدار کرم بالا روش‌های مختلف تخمین عمر را بررسی نمود[47]. وی دریافت که قانون کسر زمانی[71] مقدار آسیب خزش را کمتر از مقدار واقعی پیش‌بینی می‌کند، درحالی‌که مدل زوال نرمی[72] مقدار آسیب خزش را بیشتر پیش‌بینی می‌کند. همچنین وی با تعریف آسیب خزش به عنوان عامل کاهش نرمی[73]، یک روش زوال نرمی تصحیح شده ارائه کرد که مقدار آسیب خزش را به خوبی پیش‌بینی می‌کند و در نتیجه تخمین عمر قابل قبولی ارائه می‌دهد.
فن و همکاران (2009) بر اساس تئوری اتلاف نرمی و مفهوم تنش موثر از مکانیک آسیب پیوسته، یک مدل آسیب برای اندرکنش خزش-خستگی ارائه کردند و تغییرات چگالی انرژی کرنشی غیرالاستیک را به عنوان پارامتر آسیب در نظر گرفتند[48]. آن‌ها برای تعیین مدل مورد نظر، آزمایش‌های خزش و خستگی تنش کنترل‌شده در دمای بالا را بر روی فولاد 1.25Cr0.5Mo انجام دادند و قانون رشد آسیب فولاد مورد نظر را تحت شرایط ترکیبی تنش‌های ماکزیمم و دامنه‌های تنش مختلف به‌دست آوردند و به این نتیجه رسیدند که پارامتر و مدل آسیب ارائه شده توانایی توصیف رشد آسیب را برای اندرکنش خزش-خستگی دارا می‌باشد.
پایتن و همكاران (2010) یک مدل برای در نظر گرفتن آسیب تجمعی ناشی از اندرکنش خزش و خستگی ارائه کردند[49]. در این روش انرژی اتلاف‌شده در ماده به عنوان معیاری برای اندازه‌گیری آسیب خزش در نظر گرفته شده است، یعنی آسیب خزش به‌طور مستقیم با چگالی انرژی داخلی جذب شده متناسب است. نتایج حاصل از این روش همخوانی خوبی با نتایج آزمایش خزش-خستگی بر روی فولادهای کم‌آلیاژ داشته است.
ژانگ[74] (2011) قانون رشد آسیب اندرکنش خزش-خستگی برای فولاد 9Cr-1Mo ، که در نیروگاه‌های هسته‌ای به‌کار می‌رود، را به کمک مکانیک آسیب پیوسته مورد بررسی قرار داد و بر اساس تئوری پتانسیل اتلاف خستگی[75] و آسیب خزش نورتن، یک مدل رشد آسیب برای اندرکنش خزش-خستگی ارائه نمود[50]. وی از نتایج آزمایش خزش-خستگی تحت شرایط تنش کنترل‌شده برای فولاد P91 برای به‌دست آوردن مدل خود استفاده نمود.

معادلات حاکمه
معادلات حاکمه
مقدمهدر این فصل ابتدا توصیف فیزیکی آسیب بیان می‌شود و انواع آسیب و قوانین مقدماتی حاکم بر پدیده آسیب مورد بررسی قرار می‌گیرد. در ادامه تئوری ترمودینامیک آسیب همسان بیان می‌شود و سپس فرمول‌بندی مدل‌ آسیب برای تحلیل مسئله معرفی می‌شود. در آخر نیز روش‌های اندازه‌گیری آسیب به‌طور مختصر شرح داده می‌شوند.
ماهیت و متغیرهای آسیب آسیب ماده به معنی کاهش تدریجی و یا زوال ناگهانی مقاومت مکانیکی به واسطه‌ی بارگذاری، اثرات حرارتی و یا شیمیایی است. از دیدگاه میکرومکانیکی، آسیب تجمع میکروتنش‌ها[76] در مجاورت عیوب کریستالی و در نهایت شکستن پیوندهای بین اتم‌ها است. این پدیده جزء پدیده‌های رئولوژی[77] بوده و با هدر رفتن انرژی همراه می‌باشد. از نقطه نظر فیزیکی آسیب حاصل عوامل گوناگونی است که از آن جمله می توان به جدایی اتم‌ها، جوانه‌زنی ریزحفره‌ها و رشد آن‌ها و به هم پیوستن ترک‌های کوچک و حفره‌های ریز اشاره نمود.
علم مكانيك آسيب، علم مطالعه متغیرهای مکانیکی دخیل در این فرایندها در ماده تحت بارگذاری می‌باشد. بر خلاف ماهیت ناپیوسته‌ی آسیب، تئوری مکانیک آسیب پیوسته یک مدل همگن و پیوسته را برای ریز‌ترک‌ها[78] و ریزحفره‌ها[79] در نظر می‌گیرد و این کار را با در نظر گرفتن یک متغیر داخلی (پارامتر آسیب) در یک محیط پیوسته انجام می‌دهد.
مکانیک محیط‌های پیوسته، مفهوم المان حجمی شاخص یا حجمک نماینده (R.V.E)[80] را معرفی می‌کند، که در آن تمام خواص توسط متغیرهای همگن قابل تعریف هستند. حجمک نماینده برای معادلات ساختاری مکانیک ماده باید به اندازه‌ای کوچک باشد که در مکانیک محاسباتی به عنوان یک نقطه ی مادی شناخته شود. این حجم برای مواد گوناگون متفاوت است. به عنوان مثال برای فلزات وسرامیک در حدود 3(mm1/0)، برای پلیمرها و اکثر مواد مرکب در حدود 3(mm1)، برای چوب 3(cm1) و برای بتن 3(cm10) می‌باشد. ناپیوستگی‌های‌ آسیب در مقایسه با ابعاد حجمک نماینده، کوچک و در مقایسه با ابعاد اتمی بزرگ می‌باشند. به ابعاد حجمک نماینده، اصطلاحاً مزو[81] گفته می‌شود. ماده را بدون آسیب نامند هرگاه فاقد هرگونه ترک و حفره در یک حجمک نماینده باشد و آسیب نهایی، بیانگر شکست حجمک نماینده می‌باشد[1].
اندازه‌گیری ماکروسکوپی آسیب عملاً امکان‌پذیر نیست و روشی عملی برای تشخیص یک حجمک نماینده آسیب‌دیده از یک حجمک نماینده بدون آسیب وجود ندارد. بنابراین نیاز است تا زوال تدریجی ماده به کمک تعریف متغیرهای داخلی بیان گردد. متداول‌ترین پارامترهایی که برای بیان آسیب به‌کار می‌روند، عبارتند از چگالی حجمی ریزحفره‌ها در حجمک نماینده و چگالی سطحی ریزترک‌ها و ریزحفره‌ها در صفحه مشخصه حجمک نماینده.
(‏31)
که حجم المان شاخص، حجم ریزحفره‌ها در المان شاخص، مساحت صفحه مشخصه المان شاخص و مساحت ریزترک‌ها و ریزحفره‌ها در صفحه المان شاخص می‌باشد. پارامترهای P و D بیانگر رشد آسیب در ماده و در نتیجه معیاری از زوال تدریجی ماده می‌باشند. رشد آسیب در ماده منجر به تغییرات در خواص مکانیکی ماده مانند تغییر مدول الاستیسیته و کاهش سطح تسلیم می‌شود.
مدل‌های مکانیک آسیب پیوسته به کمک تعریف متغیرهای داخلی امکان مدل‌سازی رشد زوال در ماده را فراهم می‌سازند. این متغیرهای داخلی می‌توانند از جنس اسکالر یا بردار یا تانسور باشند و به عنوان پارامتر آسیب شناخته می‌شوند. قوانین رشد این متغیرها از تئوری ترمودینامیک فرایندهای برگشت‌ناپذیر به‌دست می‌آیند و معمولاً به صورت معادلاتی بر حسب زمان می‌باشند. می‌توان از مدل گرسون و مدل لومتر و شاباش به عنوان معروف‌‌ترین مدل‌های مکانیک آسیب پیوسته نام برد. مدل‌های آسیب پیوسته قادر هستند تا رفتار مواد را مدل‌سازی کنند و شروع و رشد ترک و شکست نهایی ماده را پیش‌بینی کنند. در واقع هدف اصلی مکانیک آسیب ایجاد، گسترش و پیاده‌سازی ابزاری است که بتوان به صورت تحلیلی شکست در مواد را پیش‌بینی و رشد آن را مورد بررسی قرار داد.
انواع آسیبشروع و رشد آسیب در فلزات به عوامل مختلفی مانند نوع ماده، نوع بارگذاری و دما بستگی دارد. تاکنون مدل‌های گوناگونی برای آسیب ارایه شده است که می‌توان به آسیب ترد، آسیب نرم، آسیب خزشی، آسیب خستگی کم‌چرخه و آسیب خستگی پرچرخه اشاره نمود.
آسیب ترد یا شبه‌ترد[82]
در صورتی که رشد وگسترش ترک‌ها با کرنش پلاستیک قابل توجهی همراه نباشد آسیب را ترد می‌گویند؛ به عنوان مثال زمانی که کرنش‌های پلاستیک از مرتبه کرنش‌های الاستیک باشند. نمونه‌ای از این حالت در شکل زیر مشاهده می‌شود.

شکل ‏31 آسیب ترد [1]آسیب نرم
بر خلاف آسیب ترد، آسیب نرم زمانی رخ می‌دهد که گسترش آسیب همراه با تغییر شکل پلاستیک قابل ملاحظه‌ای باشد. این پدیده به واسطه رشد و به هم پیوستن حفره‌ها در اثر تغییر شکل پلاستیک به‌وجود می‌آید، نمونه‌ای از این پدیده در فلزاتی رخ می‌دهد که کرنش‌های پلاستیک زیادی را در دمای پایین تجربه می کنند (شکل 3-2).

شکل ‏32 آسیب نرم [1]آسیب خزشی
هنگامی که ماده در دمای بالا، مثلا بالای یک سوم دمای ذوب، تحت بارگذاری قرار گیرد، ممکن است تحت تنش ثابت دارای تغییر شکل گردد. در این حالت وقتی کرنش به اندازه‌ی کافی بزرگ شود، گسستگی‌ درون‌دانه‌ای اتفاق می افتد که منجر به پدیده آسیب و افزایش نرخ کرنش خزشی می‌شود. برای مواد نرم، تغییرات آسیب خزشی همانند تغییرات کرنش ویسکوپلاستیک است (شکل 3-3).

شکل ‏33 آسیب خزشی [1]آسیب خستگی کم‌چرخه
هنگامی که ماده تحت بارگذاری دوره‌ای با مقادیر قابل توجه تنش و کرنش قرار می‌گیرد، آسیب پس از یک تاخیر ناشی از جوانه‌زنی و رشد ریزترک‌ها همراه با کرنش‌های پلاستیک دوره‌ای شروع به رشد می‌کند. به علت مقادیر زیاد تنش‌ها معمولا خستگی کم‌چرخه در تعداد دوره‌های بارگذاری کم رخ می‌دهد (شکل 3-4).

شکل ‏34 آسیب خستگی کم‌چرخه [1]آسیب خستگی پر‌چرخه
این آسیب هنگامی رخ می‌دهد که ماده در معرض بارگذاری دوره‌ای با مقادیر تنش کمتر از حد تسلیم قرار می‌گیرد. چنین آسیبی در تعداد دوره‌های بارگذاری زیاد رخ می‌دهد(شکل 3-5).

شکل ‏35 آسیب خستگی پر‌چرخه [1]به کمک تئوری آسیب می‌توان مواد مختلف را تحت بارگذاری‌های متفاوت مدل‌سازی نمود. مدل‌‌های مختلف رشد آسیب امکان مدل‌سازی رفتار ماده را تحت شرایط مختلف میسر می‌سازند. با آگاهی از تاریخچه تنش و کرنش و انتگرال‌گیری از معادلات متشکله ماده با شرایط مرزی مناسب می‌توان رفتار حاکم بر رشد آسیب در ماده تا شکل‌گیری ترک‌های ماکروسکوپی و زمان متناظر آن را محاسبه نمود. امروزه مکانیک آسیب به عنوان ابزاری مناسب و قوی برای طراحی و تخمین عمر سازه‌ها به‌کار می‌رود.
مفاهیم پایهپارامتر آسیباولین گام در پیشبرد تئوری آسيب، معرفی و تعریف پارامتر آسیب می‌باشد. با توجه به گستردگی حالات ممکن، تعاریف متفاوتی برای متغیر آسیب بیان شده است. بر پایه تعریف ارائه شده توسط کاچانف، متغیر آسيب متناظر با چگالي سطح مؤثر حفره‌ها در نظر گرفته می‌شود (شکل 3-6). به این ترتیب در یک حجمک نماینده، اگر مساحت سطح مقطع المان باشد که با بردار نرمال تعریف شود و مساحت ریزحفره‌ها و ترک‌ها روی این سطح مقطع باشد، آن‌گاه متغیر آسيب متناظر با بردار نرمال به‌صورت زیر تعریف می‌شود[1].
(‏32)

شکل ‏36 آسیب فیزیکی و مدل آسیب پیوسته ریاضی [51]اگر آسیب را همسانگرد[83] در نظر بگیریم، آن‌گاه متغیر آسیب دیگر به جهت بردار نرمال بستگی نداشته و یک کمیت اسکالر است.
(‏33)
از رابطه بالا واضح است که برای هیچ‌گونه آسیبی رخ نداده است و برای المان دچار گسیختگی کامل (شکست حجمک نماینده به دو قسمت) شده است. البته در واقعیت شکست ماده به ازای مقدار کمتر از یک رخ می‌دهد (برای فلزات است) که پارامتر بحرانی آسیب می‌باشد.
مفهوم تنش مؤثر[84]در وضعیت بارگذاری تک‌محوره در المان بدون آسیب، اگر نیروی F بر روی سطح اعمال گردد، تنش تک‌محوره نرمال به ‌صورت تعریف می‌گردد (شکل 3-7). در این حالت سطح مؤثر (سطح واقعی که تنش را تحمل می‌کند) برابر است با:
(‏34)

شکل ‏37 مفهوم سطح مقطع مؤثر [11]بدین ترتیب تنش مؤثر به صورت تنش متناظر با سطح مؤثر به شکل زیر تعریف می‌گردد:
(‏35)

البته لازم به ذکر است که در حالت فشار، اگر بعضی از ترک‌ها و ریزحفره‌ها بسته شوند، در این صورت سطح مؤثر برای تحمل تنش، بیشتر از خواهد بود.
در حالت بارگذاری سه‌بعدی و با فرض همگن و همسانگرد بودن ماده، معادله (3-5) به‌ صورت تانسور تنش تعریف می‌گردد:
(‏36)
در حالت کلی آسیب غیرهمسانگرد، پارامتر آسیب به جهت نیز وابسته خواهد بود. در این صورت متغیر واقعی آسیب متناظر به صورت یک تانسور مرتبه دوم یا چهارم تعریف می‌شود.
اصل کرنش‌ معادل[85]در تئوری آسیب فرض می‌گردد که رفتار تغییرشکل به‌ صورت مستقیم تحت تاثیر آسیب قرار ندارد و تابعی از تنش مؤثر می‌باشد. این بدان معنی است که معادلات متشکله کرنش برای مواد آسیب‌دیده و بکر[86] یکسان می‌باشند و تنها تنش عادی با تنش مؤثر جایگزین می‌گردد و تغییر دیگری در معادلات متشکله ایجاد نمی‌شود.
(‏37( ماده آسیب‌دیده ماده بکر

ارتباط کرنش و آسیببه کمک اصل کرنش معادل، معادلات متشکله برای تنش تک‌محوره برای حالت‌های الاستیک و پلاستیک ماده آسیب‌دیده به صورت زیر بیان می‌شوند:
حالت الاستیک
در حالت الاستیک، ماده‌ی بدون آسیب به صورت مستقیم با تنش مؤثر در ارتباط است:
(‏38)
و مدول الاستیسیته ماده آسیب‌دیده به کمک رابطه به صورت زیر بیان می‌شود:
(‏39)
شکل 3-8 مثالی از تغییرات مدول الاستیسیته در اثر رشد آسیب نرم را نشان می‌دهد.

شکل ‏38 تغییرات مدول الاستیسیته در اثر آسیب برای مس 9/99% [1]حالت پلاستیک
در حالت پلاستیک، کرنش پلاستیک از معادله متشکله سینماتیکی با معادله تسلیم استخراج می‌گردد. در وضعیت تنش تک‌محوره، معیار تسلیم به صورت زیر است.
(‏310)
یا
(‏311)
که تابع تسلیم، تنش تسلیم، افزایش تنش به علت کارسختی همسان و ، تانسور پیش‌تنش به علت کارسختی سینماتیکی می‌باشد.
هنگامی که آسیب رخ می‌دهد بر اساس اصل کرنش معادل، تابع تسلیم به صورت زیر نوشته می‌شود.
(‏312)
یا
(‏313)
معادله بالا و نتایج آزمایشگا‌هی نشان می‌دهند که آسیب باعث کاهش تنش تسلیم، تنش کارسختی همسان و تانسور پیش‌تنش می‌گردد (شکل 3-9).

شکل ‏39 تغییرات معیار تسلیم پلاستیک در اثر رشد آسیب [1]آستانه آسیب[87]دو پدیده تجمع ریزتنش‌ها همراه با ناسازگاری‌ ریزکرنش‌ها[88] و تجمع نا‌بجایی‌ها[89] در فلزات منجر به تشکیل ریزترک‌ها می‌شوند. از آنجا که عامل مؤثر بر متغیر آسیب، ایجاد و انتشار ریزترک‌ها در ماده می‌باشد، بنابراین تا قبل از تشکیل ریزترک‌ها، با وجود کرنش پلاستیک، مقدار برابر صفر می‌باشد. اگر در حالت کشش ساده، کرنش پلاستیک آستانه،، متناظر با شروع ریزترک‌ها در ماده باشد، آستانه آسیب به شکل زیر بیان می‌شود:
(‏314)
مقدار برای برخی مواد در جدول 3-1 آورده شده است. معرف کرنش در آستانه آسیب است که پیش از آن آسیب صفر یا قابل صرفنظر است. کرنش در هنگام شکست است، یعنی وقتی که متغیر آسیب به مقدار بحرانی خود، ، می‌رسد.
جدول ‏31 مقدار آستانه آسیب و پارامتر آسیب بحرانی برای مواد مختلف ماده در دمای محیط
0.85 1.04 0.35 مس 99.9%
0.23 0.25 0.03 فولاد 2024
0.17 0.88 0.50 فولاد E 24
0.22 0.56 0 فولاد 38 XC
0.024 0.37 0.02 فولاد 30 CD 4
0.024 0.29 0.02 فولاد INCO 718
مفهوم آستانه آسیب که در بالا برای وضعیت تنش تک‌محوره بیان شد، به شیوه‌ای مشابه با معیار پلاستیسیته، به وضعیت تنش سه‌بعدی قابل تعمیم است. در حالت تک‌محوره می‌توان آستانه‌ آسیب را در قالب عبارت تنش بیان نمود:
(‏315)
هنگامی که فراتر از آستانه باشد، آسیب رشد می‌کند. در وضعیت سه‌بعدی، این مفهوم به وسیله یک سطح آستانه آسیب قابل تعمیم است:
(‏316)
در صورتی که باشد هیچ‌گونه آسیبی در ماده به‌وجود نمی‌آید، اما اگر باشد آسیب رشد می‌کند. می‌توان از قوانین شامل عبارت‌های کرنش نیز استفاده نمود. در این صورت سطح آستانه آسیب به شکل یک سطح هم‌پتانسیل بیان می‌شود:
(‏317)
در نهایت چهار رابطه اصلی که پایه مکانیک آسیب را تشکیل می‌دهند، به شرح زیر هستند[1]:
(‏318( رابطه الاستیک
معیار تسلیم پلاستیک
آستانه آسیب
شروع ترک
فرمول بندی ترمودینامیکی آسیبترمودینامیک آسیببه کمک ترمودینامیک فرایند‌های برگشت‌ناپذیر می‌توان رفتار مواد مختلف را در سه مرحله مدل‌سازی نمود:
تعریف متغیر‌های حا‌لت[90]
تعریف تابع پتانسیل حالت[91]، که از آن می‌توان قوانین حالت را استخراج کرد و به کمک آن متغیر‌های ترمودینامیکی متناظر با متغیر‌های حا‌لت داخلی تعریف می‌گردند.
معرفی تابع پتانسیل اتلاف[92]، که از آن می‌توان قوانین رشد متغیر‌های حالت وابسته به مکانیزم‌های اتلافی را استخراج نمود.
از بین گزینه‌های گوناگونی که این سه مرحله را ارضا می‌کنند، گزینه‌هایی که با نتایج آزمایشگاهی مطابقت بیشتری داشته باشند، انتخاب می‌گردند. سپس باید قانون دوم ترمودینامیک برای هر تغییری بررسی شود. پارامتر‌های موجود در دو تابع پتانسیل حالت و اتلاف که توابعی از جنس مواد و دما می‌باشند نیز از نتایج تجربی و آزمایشگاهی به‌دست می‌آیند[51].
چارچوب کلیبا فرض کوچک ‌بودن کرنش‌ها، کرنش کلی را می‌توان به دو بخش ترموالاستیک، ، و بخش پلاستیک، ، تقسیم کرد. بنابراین می‌توان نوشت
(‏319)
در اولین گام متغیرهای حالت معرفی می‌شوند. متغیر‌های حالت، اعم از قابل مشاهده یا داخلی، بر اساس مکانیزم فیزیکی تغییرشکل و آسیب مواد انتخاب می‌شوند. برای سیستم ترمودینامیکی متغیرهای حالت قابل مشاهده و داخلی به شرح زیر هستند:
متغیرهای قابل مشاهده:
، تانسور کرنش و متغیر ترمودینامیکی متناظر آن تانسور تنش کوشی[93]،
T، دما و متغیر ترمودینامیکی متناظر آن چگالی انتروپی، s
متغیرهای داخلی:
، تانسور کرنش پلاستیک متغیر ترمودینامیکی متناظر آن،
، آسیب ناشی از کرنش پلاستیک تجمعی[94] و متغیر ترمودینامیکی متناظر آن کارسختی همسان[95]،
، تانسور پیش‌کرنش[96] و متغیر ترمودینامیکی متناظر آن کارسختی سینماتیکی[97] (یا تانسور پیش‌تنش[98])،
، متغیر آسیب و متغیر ترمودینامیکی متناظر آن نرخ رهایی انرژی آسیب،
در جدول 3-2 متغیرهای حالت به همراه مکانیزم فیزیکی تغییرشکل و متغیر ترمودینامیکی متناظر با آن‌ها بیان شده‌اند[51].
جدول ‏32 متغیرهای حالت، مکانیزم فیزیکی تغییرشکل و متغیر ترمودینامیکی متناظرمکانیزم متغیر حا‌لت متغیر متناظر
قابل مشاهده داخلی ترمو الاستیسیته
انتروپی
پلاستیسیته
کارسختی همسان
کارسختی سینماتیکی
آسیب
پس از معرفی متغیر‌های حا‌لت و متغیر‌های وابسته به آن‌ها بایستی تابع پتانسیل حالت تعریف گردد. بیان تحلیلی تابع پتانسیل باید بر اساس مشاهدات تجربی و نتایج میکرومکانیک باشد. به عنوان مثال تابع پتانسیل باید نسبت به الاستیسیته همسان، خطی باشد و یا رابطه تنش کوشی و آسیب همسان مطابق با مفهوم تنش موثر باشد. همچنین نباید هیچ‌گونه وابستگی بین متغیرهای الاستیک و پلاستیک و همچنین بین متغیرهای آسیب و پلاستیک باشد. یکی از توابع پتانسیل مرسوم آنتا‌لپی آزاد مخصوص گیبس[99]،، است که از تابع انرژی آزاد هلمهولتز[100] به‌دست می‌آید. این تابع پتانسیل به شکل زیر بیان می‌گردد:
(‏320)
که در این رابطه چگالی است و و به کرنش کل وابسته نیستند. پارامتر کوپلینگ بین الاستیسیته و آسیب را به کمک مفهوم تنش مؤثر و اصل کرنش معادل در نظر می‌گیرد. پارامتر مربوط به کارسختی پلاستیک[101] است و هنگامی که در ضرب شود، بیانگر انرژی ذخیره شده، ، در حجمک نماینده می‌باشد. پارامتر تنها تابع دما است که به صورت ضمنی ظرفیت گرمایی ماده را نشان می‌دهد.
اکنون با تعریف تابع پتانسیل حالت، می‌توان قوانین حالت را همانند زیر استخراج کرد و رابطه متغیرهای حالت و متغیر‌های وابسته را بیان نمود:
(‏321)

البته باید تعاریف فوق با قانون دوم ترمودینامیک سازگار باشند و آن‌ را ارضا نمایند. قانون دوم ترمودینامیک که به صورت نامساوی کلازیوس-دوهم[102] ارا‌ئه می‌گردد، هنگامی ارضاء می‌شود که نرخ آسیب مثبت باشد.
(‏322)
مثبت بودن نرخ آسیب، ، بدین معنی است که آسیب تنها می‌تواند افزایش یابد یا ثابت بماند. به عبارت دیگر، متغیر آسیب فقط می‌تواند بیانگر زوال ماده باشد و نه شاخصی از بازیابی استحکام ماده. معادله بالا بیانگر این است که اتلاف مربوط به توان پلاستیک ()، به‌‌ علاوه اتلاف ناشی از آسیب ()، منهای نرخ چگالی انرژی ذخیره ‌شده ()، به ‌علاوه انرژی گرمایی ( شار حرارتی می‌باشد) به گرما تبدیل می‌شوند.
در نهایت بایستی تابع پتانسیل اتلاف، ، تعریف گردد تا به کمک آن بتوان قوانین رشد متغیر‌های حا‌لت را بیان کرد. تابع پتانسیل اتلاف را می‌توان به شکل زیر بیان نمود:
(‏323)
که تابع معیار پلاستیسیته، عبارت مربوط به کارسختی سینماتیکی غیرخطی و پتانسیل آسیب می‌باشد. بنابراین قوانین رشد متغیر‌های حا‌لت به ‌صورت زیر بیان می‌گردند:
(‏324)

به رابطه آخر قانون تعامد[103] گفته می‌شود. روند تعریف تابع پتانسیل به گونه‌ای صورت می‌گیرد که قانون دوم ترمودینامیک را ارضا نماید. همچنین لازم به ذکر است که برای پدیده‌هایی همانند پلاستیسیته که به‌طور مستقل وابسته به زمان نیستند، تابع پتانسیل اتلاف قابل مشتق‌گیری نیست و ضریب پلاستیسیته، ، توسط شرایط سازگاری تعیین می‌گردد[51]. در نهایت نرخ کرنش پلاستیک تجمعی مطابق با معیار تسلیم به صورت زیر تعریف می‌گردد.
(‏325)
پتانسیل حا‌لت برای آسیب همسانبر اساس اصل کرنش معادل، پتانسیل کرنش برای حا‌لت ترمو-الاستیک خطی همسان و آسیب همسان به صورت زیر بیان می‌گردد.
(‏326)
که در آن مدول یانگ، ضریب پوا‌سون، ضریب انبساط حرارتی و دمای مرجع می‌باشد. بنابراین قانون ترمو-الاستیسیته از این تابع پتانسیل به ‌صورت زیر استخراج می‌گردد.
(‏327)
که تنش موثر برابر است با .
همچنین نرخ چگالی انرژی آزاد شده، ، که متغیر ترمودینامیکی متناظر با پارامتر آسیب است، به‌ صورت زیر نوشته می‌شود:
(‏328)
که
(‏329)

که تابع ‌‌‌ بیانگر سه‌بعدی بودن وضعیت تنش است. همچنین ، و به ترتیب تنش هیدرواستاتیک، تنش ون‌میزز معادل و تنش انحرافی می‌باشند.
قوانین سینتیک رشد آسیببا تعریف متغیر آسیب نیاز است تا قانون رشد آن نیز بیان شود. برای مکانیزم‌های آسیب مختلف (مانند شکست نرم، خستگی، خزش و ...) نیاز به مدل‌های رشد مختلف می‌باشد که رفتار مواد را پیش‌بینی نمایند. بر اساس چارچوب ترمودینامیک آسیب، قانون رشد برای آسیب از پتانسیل اتلاف و به‌طور خاص از تابع استخراج می‌گردد.
(‏330)
گزینه‌های مختلفی برای فرم تحلیلی تابع وجود دارد که به توانایی طراح مدل و دانش او از نتایج تجربی و همچنین زمینه کاربرد مدل بستگی دارد. یکی از بهترین مدل‌های موجود در این زمینه که توانایی مدل‌سازی مکانیزم‌های مختلف آسیب را دارد مدل متحد لومتر می‌باشد که در ادامه معرفی شده است.
فرمول‌بندی قانون متحد آسیب همسانگرد[104]
رهیافت ترمودینامیکی بیان می‌کند که متغیر اصلی حاکم بر قانون رشد آسیب (یا نرخ تغییر آسیب )، متغیر وابسته به آن یعنی آهنگ آزاد شدن چگالی انرژی[105] () می‌باشد. بنابراین تابع پتانسیل اتلاف آسیب، ، تابعی از می‌باشد. همچنین طبق مشاهدات، این تابع به کرنش پلاستیک نیز وابسته است که این وابستگی از طریق ضریب پلاستیک، ، بیان می‌گردد. بنابراین می‌توان نوشت که
(‏331( اگر
که پارامتر از معادلات متشکله (ویسکو-)پلاستیسیته کوپل با آسیب (که توسط تابع پتانسیل اتلاف بیان می‌گردند) به‌دست می‌آید.
(‏332)
تابع بارگذاری (ویسکو-)پلاستیک، ، توسط معیار ون‌میزز بیان می‌گردد.
(‏333)
که در آن
(‏334)
که تنش ویسکوز برای وضعیت ویسکوپلاستیسیته است و برای وضعیت پلاستیسیته می‌باشد.
قانون تعامد و قانون رشد آسیب ناشی از کرنش پلاستیک تجمعی به شکل زیر نوشته می‌شوند.
(‏335)

به کمک این دو معادله و تعریف نرخ کرنش پلاستیک تجمعی، ، رابطه بین و به دست می‌آید.
(‏336)
نتایج آزمایش‌های بسیار نشان داده است که باید تابعی غیرخطی از باشد. یکی از مناسب‌ترین توابع پیشنهادی برای آن به ‌صورت زیر است.
(‏337)
بنابراین قانون رشد آسیب به صورت زیر به‌دست می‌آید:
(‏338)
در معادلات فوق S و s، پارامترهای ماده هستند که تابعی از دما می‌باشند. به این ترتیب معادلات متشکله آسیب را می‌توان به ‌صورت زیر نوشت:
(‏339) اگر
اگر شروع ترک ماکروسکوپی : که در آن
(‏340)

همچنین پارامتر بحرانی آسیب است که باعث بروز ترک در ابعاد مزو می‌شود.
قانون متحد لومتر مدل‌های گوناگونی را به شرح زیر پوشش می‌دهد:
اگر توسط پلاستیسیته بیان شود، آسیب نرم را مدل‌سازی می‌کند.
اگر توسط قوا‌نین ویسکوزیته (مانند قانون ویسکوز نورتن) بیان شود، آسیب خزشی را مدل‌سازی می‌کند.
اگر توسط پلاستیسیته‌ دوره‌ای بیان شود، آسیب خستگی را مدل‌سازی می‌کند.
اگر در ابعاد میکروسکوپیک باشد، آسیب شبه ترد را مدل‌سازی می‌کند.
معادلات الاستو-(ویسکو-)پلاستیسیته کوپل با آسیبتمامی معادلات متشکله از تابع پتانسیل اتلاف، ، بر اساس چارچوب ترمودینامیک استخراج می‌شوند. بر اساس انتخاب‌های متفاوت برای فرم تحلیلی توابع ، و ، معادلات متشکله مختلفی به دست می‌آیند.
معادلات اساسی (ویسکو-)پلاستیسیته بدون کوپل با آسیب
در پلاستیسیته و ویسکوپلاستیسیته، معیار تسلیم برای بیان حالات مختلف ماده به کار می‌رود.
حالت الاستیک
حالت پلاستیک
حالت ویسکوپلاستیک
که تنش ویسکوز در قانون ویسکوزیته می‌باشد. معیار تسلیم ون‌میزز همراه با کار‌سختی همسان و سینماتیکی به صورت زیر بیان می‌گردد.
(‏341)
که در آن
(‏342)
کار‌سختی همسان ناشی از چگالی نابجایی‌ها می‌باشد و بیانگر تغییرات اندازه سطح تسلیم در فضای تنش‌ها می‌باشد. یکی از مدل‌های متداول کار‌سختی همسان که رفتار اشباع شدن ناشی از کرنش‌سختی را به خوبی پیش‌بینی می‌کند، مدل نمایی است.
(‏343)
که و پارامترهای ماده و وابسته به دما می‌باشند. در غیاب آسیب، پارامتر r برابر با کرنش پلاستیک تجمعی، p ، می‌باشد.
کار‌سختی سینماتیکی متناظر با تانسور پیش‌تنش، ، مربوط به تجمع میکروتنش‌های داخلی ماده می‌باشد و بیانگر جابجایی سطح تسلیم در فضای تنش‌ها می‌باشد. یکی از مدل‌های مناسب در زمینه پیش‌بینی رفتار پلاستیسیته دوره‌ای در فلزات، مدل کار‌سختی سینماتیکی غیر‌خطی (مدل آرمسترا‌نگ- فردریک[106]) می‌باشد که از تابع پتانسیل زیر به‌دست می‌آید.
(‏344)
که و پارامترهای ماده و وابسته به دما می‌باشند. در غیاب آسیب، قانون رشد تانسور پیش‌تنش به صورت زیر است.
(‏345)
همان‌‌طور که قبلا ذکر گردید، ضریب پلاستیک، ، موجود در قوانین رشد برای حالت پلاستیک توسط شرایط سازگاری تعیین می‌گردد که این شرایط به صورت زیر هستند.
(‏346)
که شرط بیانگر این است که حا‌لت تنش بر روی سطح تسلیم واقع است و شرط بیان می‌کند که افزایش حا‌لت تنش، باعث القای همان مقدار افزایش در سطح تسلیم می‌شود.
برای حالت ویسکوپلاستیک، ضریب پلاستیک تابعی از نرخ کرنش پلاستیک تجمعی، ، می‌باشد که توسط قانون ویسکوزیته بیان می‌گردد. قانون توانی نورتن[107] که یکی از قوانین متداول ویسکوزیته می‌باشد، به صورت زیر است.
(‏347) یا
معادلات کوپل بین پلاستیسیته و آسیبدر نهایت تمامی معادلات کوپل بین پلاستیسیته و آسیب همسان در جدول 3-3 آورده شده‌اند[51].

جدول ‏33 معادلات الاستو– (ویسکو-) پلاستیسیته کوپل با آسیب همسانجداسازی کرنش‌ها
ترموالاستیسیته
(ویسکو-) پلاستیسیته

آسیب

ضریب پلاستیک که از شرایط به‌دست می‌آید.
ضریب ویسکوپلاستیک قانون توانی نورتن :
مدل‌سازی اندرکنش خزش-خستگیآسیب خزش-خستگی در فلزات هنگامی رخ می‌دهد که خستگی کم‌چرخه در دمای بالا، مثلاً بالای یک سوم دمای ذوب، وجود داشته باشد. این پدیده بسیارخطرناک است، زیرا وجود یک پدیده بر کاهش حد دوام پدیده دیگر موثر است، به عنوان مثال تغییرات کوچک در آسیب خزش، عمر خستگی را به مقدار قابل ملاحظه‌ای (با یک رابطه غیرخطی) کاهش می‌دهد. مدل‌های ابتدایی ارائه شده در این زمینه از روش جمع خطی آسیب، قانون تایرا[108]، برای در نظر گرفتن اندرکنش خزش-خستگی بهره می‌بردند. به عنوان مثال، در حالت بارگذاری متناوب تک‌محور هم‌دما با شرایط و با زمان نگه‌داشتن[109]، اگر تعداد چرخه‌های بارگذاری خستگی، تعداد چرخه‌های لازم برای شکست تحت بارگذاری خستگی خالص و زمان رسیدن به شکست در خزش خالص برای تنش ماکزیمم،، باشد معیار جمع خطی آسیب برای شکست به صورت زیر خواهد بود.
(‏348)
هر چند عیوب ناشی از اثرات مختلف مانند خزش و خستگی را به علت ماهیت و مکانیزم متفاوتشان نمی‌توان مستقیماً با هم جمع نمود، اما به کمک مفهوم تنش مؤثر می‌توان کاهش سطح مؤثر ناشی از اثرات مختلف را با هم جمع نمود، بنابراین آسیب کل به صورت زیر بیان می‌گردد.
(‏349)
که آسیب ناشی از مکانیزم خزش و آسیب ناشی از مکانیزم خستگی می‌باشد. روابط و برای آسیب خزش-خستگی بر اساس اصول ترمودینامیک آسیب بیان می‌شوند که این روابط اثرات آسیب تجمعی غیرخطی و تنش‌های چندمحوره را در نظر می‌گیرند[9]. شکل زیر تفاوت قانون جمع خطی آسیب و مدل‌سازی از روش آسیب را نشان می‌دهد.

شکل ‏310 تفاوت قانون جمع خطی آسیب و روش مکانیک آسیب پیوسته [3]اندازه‌گیری آسیبرشد ریزترک‌ها و ریزحفره‌ها در اثر پدیده آسیب باعث ایجاد تغییر در خصوصیات ماده می‌شود که به کمک این تغییرات می‌توان آسیب را اندازه‌گیری نمود. از جمله این تغییر خصوصیات می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
کاهش مدول الاستیسیته
کاهش تنش تسلیم
کاهش سختی
کاهش سرعت امواج آلتراسونیک
کاهش چگالی
افزایش نرخ کرنش خزشی
افزایش مقاومت الکتریکی
انواع روش‌های مختلف اندازه‌گیری آسیب بر مبنای تغییر خواص ماده در شکل زیر بیان شده‌اند. به کمک این خواص و استفاده از روش معکوس می‌توان مقدار آسیب در مواد را توسط روش‌های آزمایشگاهی تعیین نمود.

شکل ‏311 انواع روش‌های اندازه‌گیری آسیبالبته هیچ‌‌کدام از این روش‌ها به تنهایی روشی کامل برای محاسبه آسیب نیست. در واقع هر یک از این روش‌ها برای شرایط و فرایندهای خاصی مناسب است. در جدول 3-4 روش‌های مختلف اندازه‌گیری آسیب با یکدیگر مقایسه شده‌اند. همچنین در این جدول رابطه بین آسیب و خواص ماده، قبل و بعد وقوع از آسیب، بیان شده است.
جدول ‏34 مقایسه روش‌های اندازه‌گیری آسیب و محاسبه پارامتر آسیبخستگی خستگی خزش آسیب آسیب پارامتر روش
پر‌چرخه کم‌چرخه نرم ترد آسیب * * ** ** * تصاویر ریزنگاره‌ای
  * * **   چگالی
  *** *** *** ** مدول الاستیسیته
* * ** ** *** امواج آلتراسونیک
* ** * *   دامنه تنش دوره‌ای
  * *** *   مرحله نهایی خزش
* *** ** *** ** میکرو سختی
* * ** ** * پتانسیل الکتریکی
در جدول 3-4 پارامتر‌های ، ، ، ، ، ، و به ترتیب سطح مقطع، چگالی، مدول الاستیسیته، سرعت صوت، دامنه تنش، نرخ کرنش خزشی، سختی و پتانسیل الکتریکی در حالت بدون آسیب و پارامتر‌های ، ، ، ، ، ، و به ترتیب سطح مقطع، چگالی، مدول الاستیسیته، سرعت صوت، دامنه تنش، نرخ کرنش خزشی، میکروسختی و پتانسیل الکتریکی در حالت آسیب‌دیده می‌باشند[1].
با بررسی روش‌های مختلف اندازه‌گیری آسیب، روش تغییرات مدول الاستیسیته به منظور تعیین پارامترهای آسیب انتخاب گردید که در ادامه چگونگی اندازه‌گیری آسیب به کمک آزمون کشش همراه با برداری شرح داده می‌شود.
روش تغییرات مدول الاستیسیتهدر این روش اندازه‌گیری آسیب به کمک بررسی آثار آن بر روی مدول الاستیسیته انجام می‌گیرد. برای حالت تنش تک‌محوره، اصل کرنش معادل به شکل زیر است.
(‏350)
در این رابطه اگر به عنوان مدول مؤثر الاستیسیته در نظر گرفته شود، آن‌گاه می‌توان مقدار آسیب را با اندازه‌گیری مدول الاستیسیته ماده در وضعیت بدون آسیب و آسیب‌دیده تعیین نمود.
(‏351)

– (91)

مدیر گروه آموزشی : دکتر حامد عدالتی امضاء تاریخ
رئیس اداره پژوهش و فناوری دانشگاه آزاد اسلامی جاسب
امضاء
تقدیم به یکتای بی همتا
سپاس گزاری
سپاس خدایی را که آموخت به انسان آنچه را که نمی دانست.
بر خود لازم می دانم خالصانه ترین قدردانیهای خود را تقدیم استاد گرانقدری نمایم که این رساله حاصل راهنمایی های آنهاست.
از استاد ارجمند جناب آقای دکتر محمد مقداد فلاح، علاوه بر زحمت راهنمایی این رساله، از تجارب مختلف این بزرگوار بهره برده ام و لطف ایشان همیشه شامل حال من بوده است، خالصانه تشکر
می کنم.
لازم می دانم از زحمات پدر و مادرم و از همسر عزیزم که از سختی های این مسیر در طی این دو سال تحصیل بی بهره نبوده و در همه حال در کنارم بودند سپاسگزار باشم.
امیدوارم نتایج این رساله کمکی به ایجاد فناوری شکل دهی فلزات با استفاده از لیزر در کشور عزیزم ایران بنماید.
مجید لطفی شهپر
چکیده:
فرآیند شکل‌دهی با لیزر، به‌خصوص در سال‌های اخیر، به‌طور گسترده‌ای موردتوجه قرار گرفته است. در این فرآیند، با تابش پرتو لیزر بر سطح ورق، که با ایجاد یک گرمایش موضعی سریع و متعاقب آن سرمایش ناحیه‌ حرارت‌دیده همراه است، شکل‌دهی انجام می‌شود. هرچند، نحوه توزیع دمایی القا شده بر اثر تابش پرتو لیزر در قطعه، مشخص‌کننده‌ نوع مکانیزم شکل‌دهی است. بسته به انتخاب اندازه‌ پارامترهای تاثیرگذار بر فرآیند، مکانیزم و نحوه‌ تغییرشکل ورق متفاوت می‌باشد. در این رابطه، سه مکانیزم گرادیان دمایی، کمانش و کوتاه‌کردن معرفی شده است.درراستاي اهداف اين پایان نامه، مطالعه اثر پارامترهای مختلف بر زاویه خمش، پیش بینی شده و مورد بررسی قرار می گیرد. سپس خمش ورقهای فلزی با استفاده از پرتو لیزر به صورت کوپل حرارتی – مکانیکی در نرم افزار اجزای محدود ABAQUS مدلسازی شده و شبیه سازی با تغییر پارامترهایی از قبیل قطر پرتو،سرعت عبور پرتو، ضخامت ورق، توان لیزر و تعداد پاس مورد بررسی قرار گرفته است. ادامه پژوهشهای انجام گرفته به صورت تجربی بوده و براساس طراحی آزمایش ارائه شده، پنج پارامتر(توان لیزر، سرعت عبور پرتو لیزر، قطر اشعه،ضخامت ورق، تعدادپاس) از پارامترهای موثردر فرآیند بررسی شده است. سپس جهت ارزیابی، تاثیر توان لیزر، سرعت عبور پرتو لیزر و ضخامت ورق و تعداد پاس بر روند افزایش زاویه خمش به وسیله دیاگرامها و نمودارها به کمک نرم افزار Design Expert بررسی شده است. مطالعه بعدی، به تاثیر زمان توقف یا مدت زمان سرمایش بین پاسها می پردازد.نتایج بررسی ها نشان داد که از میان متغیرهای یاد شده، تعداد پاس و توان لیزر رابطه مستقیم و ضخامت ورق، قطر پرتو و سرعت اسکن به ترتیب رابطه عکس با زاویه نهایی خم دارد.
واژگان کلیدی: فرآیند شکل‌دهی با استفاده از لیزر، مکانیزم‌های شکل‌دهی، تاثیر پارامترهای فرآیندی، روش المان محدود
فهرست مطالب
عنوان .............................................................................................................................................................صفحه
فصل 111-1- مقدمه21-2- انواع فرآیندهای شکل‌دهی21-2-1- فرآیندهای خم‌کاری31-2-1-2- خم‌کاری ترمومکانیکی........................................................................................................................3
1-3- فرآیند شکل‌دهی با لیزر41-4- مزایای شکل دهی با استفاده از پرتو لیزر..................................................................................................6
1-5- موارد کاربرد فرآیند شکل دهی با لیزر.......................................................................................................6
1-6- نگاهی گذرا بر پژوهش‌های پیشین81-7- روش اجزای محدود111-8- شبیه سازی فرآیندشکل دهی با لیزر به روش المان محدود121-9 - اهداف پایان نامه.........................................................................................................................................11
1 -10- ساختار این پایان نامه14فصل 213
2-1- مقدمه.............................................................................................................................................................14
2-2- طبقه بندی فرآیند شکل دهی با لیزر.......................................................................................................14
2-2-1- شکل دهی دو بعدی با لیزر..................................................................................................................14
2-2-2- شکل دهی سه بعدی با لیز...................................................................................................................15
2-3- مکانیزم های شکل دهی با لیزر................................................................................................................15
2-3-1- مکانیزم گرادیان دمایی182-3-2- مکانیزم کمانش202-3-3- مکانیزم کوتاه کردن212-4- مدل‌های تحلیلی برای پیش‌بینی مقدار تغییرشکل232-4-1- مکانیزم گرادیان دمایی232-4-2- مکانیزم کمانش252-5- مطالعه روش های تجربی بررسی فرآیند شکل دهی با لیزر..............................................................22
2-5- مقدمه252-5-1- پارامترهای انرژی لیزر252-5-2- پارامترهای فیزیکی272-5-3- مشخصه‌های هندسی ورق282-6- اثر شرایط گیره‌بندی بر مقدار زاویه‌ خم292-6-1- گیره‌بندی از نوع یک سرگیردار292-6-2- گیره‌بندی از نوع V شکل322-7- نتیجه‌گیری....................................................................................................................................................32
2-8- پيشنهادهایی براي ادامه‌ کار36فصل3- روش انجام شبیه سازی عددی فرآیند..............................................................................................34
3-1- مقدمه...........................................................................................................................................................35
3-2- تعریف مساله.............................................................................................................................................35
3-3- مدل اجزای محدود..................................................................................................................................36
3-3-1- ترسیم هندسه مدل..............................................................................................................................36
3-3-2- تعریف مشخصات ماده......................................................................................................................37
3-3-3- اعمال شرایط مرزی............................................................................................................................37
3-3-3-1- شرایط مرزی حرارتی....................................................................................................................38
3-3-3-2- شرایط مرزی مکانیکی..................................................................................................................38
3-3- 4- بارگذاری حرارتی..............................................................................................................................39
3-3-5- شبکه بندی مدل.....................................................................................................................................39
3-4-تحلیل اجزای محدود فرآیند......................................................................................................................40
3-4-1- کانتور توزیع دمایی ورق.......................................................................................................................40
3-4-2- کانتور جابجایی ورق..............................................................................................................................45
فصل 4- روش انجام آزمایش های تجربی........................................................................................................50
4-1- مقدمه..............................................................................................................................................................51
4-2- تجهیزات آزمایش........................................................................................................................................51
4-2-1- فرآیند شکل دهی با استفاده از لیزر....................................................................................................51
4-2-1-1- آزمایش های اولیه و استفاده از ورق های بدون پوشش..........................................................51
4-2-1-2- آزمایش های تجربی روی ورق های پوشش داده شده............................................................52
4-2-2- فرآیند شکل دهی با لیزر به همراه نیروی کمکی.............................................................................55
فصل 5- انجام آزمایش تجربی و شبیه سازی عددی و استخراج نتایج آن................................................58
5-1- مقدمه..............................................................................................................................................................59
5-2- طراحی آزمایش............................................................................................................................................59
5-3- طراحی آزمایش به روش عاملی...............................................................................................................59
5-4- طراحی آزمایش به روش رویه پاسخ......................................................................................................60
5-4-1- طراحی ترکیب مرکزی..........................................................................................................................61
5-5- آزمایش های تجربی...................................................................................................................................62
5-5-1- طراحی آزمایش به روش ترکیب مرکزی..........................................................................................62
5-5-2- انتخاب مدل برازش...............................................................................................................................64
5-5-3- تاثیر پارامترهای فرآیند..........................................................................................................................66
5-5-4- تحلیل واریانس نتایج آزمایش.............................................................................................................72
5-5-5- تعیین رابطه نهایی زاویه خمش...........................................................................................................74
5-6- صحت سنجی شبیه سازی عددی فرآیند................................................................................................75
5-6-1- مقایسه نتایج تجربی و عددی...............................................................................................................75
5-7- شبیه سازی عددی........................................................................................................................................78
5-7-1- طراحی آزمایش به روش عاملی..........................................................................................................78
5-7-2- انتخاب مدل برازش................................................................................................................................85
5-7-3- تاثیر پارامترهای فرآیند..........................................................................................................................86
5-7-4- تحلیل واریانس نتایج شبیه سازی......................................................................................................89
5-7-5- تعیین رابطه نهایی زاویه خمش..........................................................................................................92
5-8- وقوع خمش منفی.......................................................................................................................................93
5-9- فرآیند شکل دهی با لیزر به همراه نیروی کمکی.................................................................................94
5-10- بررسی عددی تاثیر برخی از متغیرهای آزمایش...............................................................................96
5-10-1- اثر نرخ تغذیه.......................................................................................................................................96
5-10-2- اثر مقدار زمان توقف در شکل دهی چند پاسه با لیزر...............................................................97
5-10-3- بررسی نوع استراتژی اسکن پرتو...................................................................................................99
فصل 6- نتیجه گیری و پیشنهاد.........................................................................................................................102
6-1- نتیجه گیری.................................................................................................................................................103
6-2- پیشنهادهایی برای ادامه کار.....................................................................................................................104
مراجع........................................................................................................................................................................105
فهرست جدول‌ها
عنوان صفحه
جدول 2-1 : مکانیزم‌های فرآیند شکل‌دهی با استفاده از پرتو لیزر...20
جدول 3-1: مشخصات فیزیکی و مکانیکی آلومینیوم در محدوده دمایی 204.4-37.8 ........................37
جدول 3-2 : مشخصات فیزیکی و مکانیکی آلومینیوم در محدوده دمایی 426.7-260 ........................37
جدول 4-1 : ضریب جذب چند ماده به ازای دو طول موج مختلف لیزر................................................52
جدول 4-2 : مشخصات لیزر مورد استفاده درآزمایشهای تجربی................................................................53
جدول5-1 : عامل های مورد بررسی و سطوح آن..........................................................................................63
جدول 5-2 : داده های آزمایش صورت گرفته با اعمال ترتیب تصادفی...................................................63
جدول 5-3 : مدلهای رایج برازش......................................................................................................................65
جدول 5-4 : مجموع مربعات مدلها...................................................................................................................65
جدول 5-5 : بررسی کلی مدلها..........................................................................................................................66
جدول 5-6 : تحلیل واریانس مدل 2FI استفاده شده....................................................................................74
جدول 5-7 : عامل های مورد بررسی و سطوح آن........................................................................................78
جدول 5-8 : داده های حاصل از شبیه سازی عددی فرآیند.......................................................................78
جدول 5-9 : فهرست توابع تبدیل توانی رایج................................................................................................85
جدول 5-10 : تحلیل واریانس مدل 2FI.........................................................................................................91
جدول 5-11 : مقادیر کدبندی شده عامل A ..................................................................................................92
فهرست شکل‌ها
عنوان ..........صفحه
شکل 1-1 : طبقه‌بندی فرآیندهای شکل‌دهی2
شکل 1-2 : فرآیند شکل‌دهی با لیزر به‌منظور ایجاد خم مستقیم ساده4
شکل 1-3 : تاریخچه‌ فرآیند شکل‌دهی با لیزر.5
شکل 2-1: نمونه ای از شکل دهی دو بعدی ورقهای فلزی با لیزر...........................................................14
شکل 2-2: نمونه ای از شکل دهی سه بعدی ورقهای فلزی با لیزر......................................................... 15
شکل 2-3 : مراحل فرآیند شکل‌دهی با لیزر توسط مکانیزم گرادیان دمایی.....17
شکل 2-4 : مراحل فرآیند شکل‌دهی با لیزر توسط مکانیزم کمانش19
شکل 2-5 : مراحل فرآیند شکل‌دهی با لیزر توسط مکانیزم کوتاه کردن20
شکل 2-6 : نیروها و ممان‌ها در مدل دولایه‌ای ولرتسن22
شکل 2-7 :اثر پارامترهای لیزر24
شکل 2-8 : تاثیر شاخص اثرگرمایی بر زاویه خم25
شکل 2-9 : تاثیر پارامترهای هندسی ورق بر زاویه خم26
شکل 2-10 : گیره‌بندی یک سرگیردار26
شکل 2-11 : شمایی از هندسه‌ پرتو تابشی در شرایط گیره‌بندی یک سرگیردار27
شکل 2-12 : اثر زاویه‌ خم بر مساحت پرتو تابشی28
شکل 2-13 : انرژی موثر تابشی به‌ازای افزایش زاویه‌ خم29
شکل 2-14 : گیره‌بندی V‌شکل29
شکل 2-15 : شمایی از هندسه‌ پرتو تابشی در شرایط گیره‌بندی ساده30
شکل 2-16 : اثر زاویه‌ خم بر مساحت پرتو تابشی31
شکل 2-17 : انرژی موثر تابشی به‌ازای زاویه‌ خم...31
شکل 3-1: مدل ترسیم شده در نرم افزار..........................................................................................................36
شکل 3-2 : گیره بندی ورق به شیوه یک سر گیردار.....................................................................................38
شکل 3-3 : اعمال بار حرارتی در یک مرحله از حرکت گسسته پرتو.......................................................39
شکل 3-4 : شبکه بندی ترکیبی مدل..................................................................................................................40
شکل 3-5 : کانتور توزیع دمایی ورق آلومینیوم در نرم افزارABAQUS ................................................45
شکل 3-6 : کانتور جابجایی ورق آلومینیوم در نرم افزارABAQUS.........................................................49
شکل 4-1 : نمونه های آزمایش ورق آلومینیوم...............................................................................................53
شکل 4-2 : پوشش دهی گرافیتی ورق آلومینیوم............................................................................................53
شکل 4-3 : دستگاه لیزر مورد استفاده در آزمایش تجربی............................................................................54
شکل 4-4 : ورقهای آلومینیوم در حین فرآیند شکل دهی با لیزر................................................................54
شکل 4-5 : دستگاه اندازه گیری CMM ..........................................................................................................55
شکل 4-6 : شکل مجموعه قید ساخته شده......................................................................................................56
شکل 4-7 : مدار هیدرولیکی مکانیزم اعمال نیروی خارجی.........................................................................56
شکل 4-8 : دستگاه لیزر مورد استفاده در آزمایش تجربی.............................................................................57
شکل 4-9 : قطعه خم شده ...................................................................................................................................57
شکل 5-1 : نقاط طراحی در روش طراحی ترکیب مرکزی...........................................................................62
شکل 5-2 : رابطه بین عوامل ورودی و پاسخ...................................................................................................68
شکل 5-3 : دیاگرام دوتایی عوامل متغیر بر زاویه خمش...............................................................................71
شکل 5-4 : نمودار احتمال نرمال مقادیر باقیمانده............................................................................................72
شکل 5-5 : نمودار مقادیر باقیمانده در برابر مقادیر برازش یافته..................................................................73
شکل 5-6 : نمودار مقادیر باقیمانده مدل به شماره آزمایش...........................................................................75
شکل5-7 : مقایسه مقادیر تجربی و نتایج شبیه سازی ( نمودارهای الف تا ت).......................................77
شکل 5-8 : نمودار باکس کاکس..........................................................................................................................86
شکل 5-9 : رابطه بین عوامل ورودی و پاسخ ( شکلهای الف تا ت )...................................................... 89
شکل 5-10 : نمودار احتمال نرمال مقادیر باقیمانده.........................................................................................90
شکل 5-11 : نمودار مقادیر باقیمانده در برابر مقادیر برازش یافته...............................................................90
شکل 5-12 : نمودار مقادیر پیش بینی شده به مقادیر واقعی آزمایش..........................................................93
شکل5-13: جابجایی لبه آزاد ورق.......................................................................................................................94
شکل 5-14 : جابجایی لبه آزاد ورق در فرآیندهای شکل دهی با / بدون نیروی کمکی.........................95
شکل5-15 : زاویه خم ورق در فرآیند های شکل دهی با / بدون نیروی کمکی......................................96
شکل 5-16: نمودار جابجایی لبه آزاد به ازای نرخ تغذیه...............................................................................97
شکل 5-17 : نمودار زاویه خمش به ازای مدت زمان توقف........................................................................98
شکل 5-18 : نمودار بیشینه دمای ورق به ازای مدت زمان توقف...............................................................99
شکل 5-19 : استراتژی های مختلف اسکن پرتو لیزرa)) مستقیم b)) متناوب c)) خط چینی........100
شکل 5-20 : جابجایی لبه آزاد ورق در حین فرآیند به ازای استراتژی متفاوت اسکن........................101
شکل 5-21: توزیع دمایی قطعه در راستای خط اسکن................................................................................101

مقدمه

مقدمهفرآیند شکل‌دهی یک روش تولیدی است که در آن، با ثابت ماندن مقدار جرم و نوع پیوندهای بین مولکولی، یک شکل سه‌بعدی مشخص بر روی قطعه‌کار ایجاد می‌گردد. در واقع، شکل‌دهی جزء فرآیندهایی است که فاقد براده‌برداری یا برداشت ماده می‌باشد.
انواع فرآیندهای شکل‌دهیفرآیندهای شکل‌دهی را می‌توان براساس استاندارد DIN 8582، بسته به جهت تنش‌های اعمالی بر قطعه، به انواع زیر طبقه‌بندی نمود (‏شکل 1-1 را ببینید):
1. شکل‌دهی تحت تنش‌های فشاری؛ نظیر فرآیند شکل‌دهی غلتکی
2. شکل‌دهی تحت تنش‌های ترکیبی کششی و فشاری؛ نظیر فرآیند کشش عمیق
3. شکل‌دهی تحت تنش‌های کششی؛ نظیر شکل‌دهی کششی
4. خم‌کاری؛ نظیر خم‌کاری با قالب‌های خطی
5. شکل‌دهی تحت تنش‌های برشی؛ فرآیند پیچش[1]

: طبقه‌بندی فرآیندهای شکل‌دهی [1]
فرآیندهای خم‌کاری
به طور کلی، روش‌های مرسوم خم‌کاری به دو نوع زیر تقسیم‌بندی می‌شود:
الف) خم‌کاری مکانیکی ب) خم‌کاری ترمومکانیکی[2].
1-2-1-1- خمکاری مکانیکی
از جمله روشهای مکانیکی میتوان به خمکاری با استفاده از قالبهای U شکل وV شکل و خمکاری با استفاده از غلتک اشاره کرد. در این روش، خمکاری توسط یک ابزار سخت و اعمال نیروی خارجی انجام می گیرد. همچنین، برای ایجاد خمهای مختلف بایستی از قالبهای متفاوتی استفاده کرد. معایب این روش عبارت است از:
این روش بسیار پرهزینه می باشد.
در تولید با تیراژ بالا، نیاز به تعویض مداوم ابزار و قالب وجود دارد.
با افزایش ضخامت ورق، به دستگاه پرس با ظرفیت بالا نیاز است.
بی دقتی ابعادی ناشی از وجود پدیده برگشت فنری در خمکاری مکانیکی وجود دارد. [2]
1-2-1-2- خم‌کاری ترمومکانیکیدر فرآیند خم‌کاری شعله‌ای، که نمونه‌ای از خم‌کاری ترمومکانیکی می‌باشد، از حرکت دادن یک شعله‌ اکسی‌استیلن در راستای یک خط مستقیم روی قطعه‌کار استفاده می شود. در اثر ایجاد تنش‌های حرارتی، که در حین گرمایش و سرمایش قطعه‌کار به وجود می‌آید، تغییرشکل پلاستیکی اتفاق می‌افتد. این روش در مقایسه با روش‌های مکانیکی، فاقد فرسایش ابزار بوده و بنابراین، کم‌هزینه‌تر می‌باشد. معایب اصلی این روش عبارت است از:

1. شعله‌ مشعل قابلیت متمرکز شدن ندارد. بنابراین، مساحت ناحیه‌ متاثر از حرارت بزرگ[1] و ایجاد خم‌های دقیق دشوار می‌باشد.
2. این روش قابلیت اتوماسیون ندارد. تکرارپذیری فرآیند دشوار و وابسته به اپراتور است.
3. باید قطعه را بلافاصله پس از حرارت‌دهی با مشعل، با استفاده از آب سرد کرد[2].
فرآیند شکل‌دهی با لیزرلیزر، از زمان اختراع آن تاکنون، کاربردهای بسیاری پیدا کرده است. «فرآوری مواد توسط لیزر» اشاره به فرآیندهای صنعتی متعددی دارد که در آن از لیزر به منظور اصلاح شکل یک قطعه، برای نمونه با ذوب کردن قطعه‌کار و رفع قسمت های زائد، استفاده می شود. از ویژگی‌های منحصربه‌فرد پرتو لیزر می‌توان به شدت تابش و تمرکزپذیری آن اشاره نمود. این ویژگی‌ها سبب شده است که از لیزر در فرآیندهایی نظیر خم‌کاری، جوش‌کاری، سوراخ‌کاری، برش، عملیات حرارتی، آلیاژسازی و غیره استفاده شود.
در فرآیند شکل‌دهی با لیزر، از پرتو لیزر به منظور ایجاد زاویه‌ خم در ورق‌های فلزی و همچنین مواد سخت استفاده می‌شود. مشابه به روش خم‌کاری با شعله، در این فرآیند قطعه‌کار در نتیجه‌ ایجاد تنش‌های پس‌ماند حرارتی، به جای اعمال نیروی خارجی، دچار خمش می‌گردد. بنابراین، خم‌کاری با استفاده از لیزر نوع دیگری از خم‌کاری ترمومکانیکی محسوب می‌شود[2]. شمایی از فرآیند شکل‌دهی با لیزر در ‏شکل 1-2 مشخص شده است.

: فرآیند شکل‌دهی با لیزر به‌منظور ایجاد خم مستقیم ساده[3]
اولین پژوهش‌ها در زمینه‌ فرآیند شکل‌دهی با استفاده از لیزر، از اواسط دهه‌ 1980 میلادی شروع شد. این فرآیند یک فرآیند غیر‌تماسی به منظور خم‌کاری و همچنین ایجاد شکل‌دهی سه‌بعدی در قطعه‌های فلزی و غیرفلزی است. در این فرآیند، شکل‌دهی با اعمال تنش‌های حرارتی ناشی از تابش پرتو لیزر بر سطح قطعه‌کار، یعنی با ایجاد یک گرمایش موضعی سریع و متعاقب آن، سرمایش ناحیه‌ حرارت‌دیده، انجام می‌گیرد. در مرحله‌ حرارت‌دهی، اگر کرنش‌های حرارتی در ناحیه‌ تحت تابش از کرنش الاستیک ماده فراتر رود (بستگی به مقدار درجه‌حرارت و مشخصه‌های هندسی قطعه‌کار دارد)، کرنش‌های حرارتی تبدیل به کرنش‌های پلاستیک فشاری خواهد شد. در مرحله‌ سرمایش، قطعه دچار انقباض شده و در نتیجه، یک زاویه‌ خم یا یک تغییرشکل در ناحیه‌ حرارت‌دیده ایجاد می‌شود. از فرآیند شکل‌دهی با لیزر در نمونه‌سازی سریع و همچنین، تصحیح شکل قطعات مورد استفاده در صنایع هوافضا، کشتی‌سازی و اتومبیل‌سازی استفاده می‌شود [2].
مقدار تغییرشکل حاصل در فرآیند شکل‌دهی با لیزر به پارامترهای متعددی بستگی دارد. این پارامترها شامل پارامترهای پرتو لیزر و نیز، مشخصات مکانیکی و حرارتی ماده می‌شود که در فصل‌های آتی به آنها پرداخته خواهد شد. تاریخچه‌ پژوهش‌های انجام شده در زمینه‌ فرآیند شکل‌دهی با لیزر در ‏0 آورده شده است.

شکل1-3: تاریخچه‌ فرآیند شکل‌دهی با لیزر [4]‎[4]
1-4- مزایای شکل دهی با استفاده از پرتو لیزر
1- قطر پرتو لیزر را با استفاده از لنزهای نوری می‌توان تا مرتبه‌ میکرون کاهش داد. بنابراین، مساحت ناحیه‌ متاثر از حرارت بسیار کوچک می‌شود. به همین دلیل، خم‌کاری با لیزر تنها فرآیندی است که در آن ایجاد خم‌های بسیار دقیق امکان‌پذیر است.
2- این فرآیند، یک فرآیند غیرتماسی است. بنابراین، مشکلات آلودگی در آن کمتر است.
3- با به‌کارگیری این فرآیند، امکان ایجاد شکل‌های پیچیده بدون نیاز به ابزار سخت وجود دارد.
4- پارامترهای مختلف فرآیندی ( شامل توان لیزر، قطر پرتو، سرعت اسکن و غیره) را می‌توان با دقت بالا کنترل نمود.
5- سردشدن قطعه‌کار در هوا انجام می‌شود و نیاز به سرد نمودن آن با آب وجود ندارد.
6- خم کاری با لیزر از نظر اقتصادی به صرفه وهمچنین کارا است. امکان تابش با انرژی بالا و حرارت دهی موضعی وجود دارد (امکان دست یابی به شدت تابش بسیار بالا)
7- چرخه تولیدی در این فرایند کوتاه می باشد و هزینه تولید آن در مقایسه با شکل دهی با قالب بسیار کمتر است. چون در فرایند شکل دهی با قالب ، ساخت قالب با شکلهای پیچیده بسیار پرهزینه و وقت گیر است. این در حالی است که در شکل دهی با لیزر نیاز به قالب وجود ندارد.
8- دقت این روش در مقایسه با روش شکل دهی سنتی حرارت دهی با شعله بیشتر است. [2]
1-5- موارد کاربرد فرآیند شکل دهی با لیزر
فرآیند شکل دهی با لیزر به علت کاهش هزینه طراحی و تولید، دارای کاربردهای روزافزون است. از جمله موارد کاربرد این فرایند می توان به موارد زیر اشاره نمود:
نمونه سازی سریع شکلهای پیچیده
شکل دهی غیر تماسی کلیه قطعاتی که دور از دسترس می باشد.
شکل دهی دقیق لوله ها
نمونه سازی سریع قطعات به منظور انجام آزمایش های لازم بر روی آنها
تولید نهایی قطعات با تیراژ پایین
نمونه سازی سریع قطعات پیش از شروع به تولید نهایی آنها [30].
1-6- نگاهی گذرا بر پژوهش‌های پیشیناولین فعالیت‌ها در استفاده از حرارت پرتو لیزر به‌منظور شکل‌دهی ورق‌های فلزی از اواسط دهه‌ 1980 آغاز شد. تغییر پارامترهای فرآیندی از جمله توان لیزر، سرعت اسکن لیزر و نسبت قطر پرتو به ضخامت ورق باعث تغییر در مکانیزم‌های شکل‌دهی در این فرآیند گردید. گیگر و ولرتسن ‎[4] سه مکانیزم فرآیند شکل‌دهی با پرتو لیزر را شناسایی نمودند که عبارت از مکانیزم شیب دمایی، مکانیزم خمش کمانشی و مکانیزم کوتاه‌کردن می‌باشد. یک مطالعه تجربی در زمینه‌ اثر کلیه عوامل موثر بر خم‌کاری ورق‌های فلزی توسط شیچون و همکارش ‎[11] صورت گرفته است. به این ترتیب، پارامترهای موثر بر زاویه خم حاصل از فرآیند شکل‌دهی با لیزر به سه دسته‌ پارامترهای وابسته به انرژی لیزر، پارامترهای وابسته به جنس ورق و پارامترهای هندسی ورق تقسیم می‌گردد.
یانجین و همکارانش ‎[12] اثر مشخصات ماده در شکل‌دهی ورق‌های فلزی را بررسی نموده‌اند. براساس نتایج ارائه شده، ضریب انبساط حرارتی رابطه‌ مستقیم با مقدار شکل‌دهی دارد. افزایش رسانش حرارتی عامل محدودکننده‌ شکل‌دهی نهایی است. همچنین، زاویه خم با کاهش گرمای ویژه و دانسیته افزایش پیدا می‌کند. جمیل و همکارانش ‎[7] به بررسی عددی اثر هندسه‌ پرتو تابشی مستطیل شکل بر مقدار زاویه خم و همچنین جهت خمش پرداخته است. نتایج این بررسی نشان می‌دهد که هرچه نسبت طول به عرض پرتو، در راستای پیمایش ورق بلندتر باشد، مقدار خمش حاصل بیشتر می‌گردد.
بررسی عددی زاویه خمش نهایی در ورق‌هایی که دارای پیش بار هستند توسط یائو و همکارانش ‎[13] در نرم‌افزار اجزای محدود انجام شده است. نتایج این بررسی نشان می‌دهد که اگر ورق دارای پیش بار کاملا فشاری یا کاملا خمشی (هم جهت با منبع لیزر) باشد، زاویه خم افزایش می‌یابد. همچنین، اگر ورق دارای پیش بار کاملا فشاری یا کاملا خمشی (در خلاف جهت با منبع لیزر) باشد، زاویه خم کاهش می‌یابد. همچنین، بررسی زاویه‌ خم در فرآیند شکل‌دهی چند مرحله‌ای با استفاده از لیزر توسط ادواردسن و همکارانش ‎[14] انجام شده است. اثر عوامل مختلف نظیر کارسختی، تغییرات ضریب جذب بر مقدار زاویه خم مورد مطالعه قرار گرفته و علت کاهش میزان شکل‌دهی به ازای افزایش تعداد پاس‌های پیمایش لیزر تشریح گردیده است.
در زمینه‌ شکل‌دهی ورق‌های آلومینیم به‌کمک لیزر، لابیز ‎[15] مراحل مدل‌سازی قطعه به‌منظور شبیه‌سازی بهینه‌ این فرآیند را در نرم‌افزار Ansys تشریح می‌نماید. در این مقاله، ضخامت پایین قطعات شکل‌داده‌شده، ضریب رسانش حرارتی بالا و بازتابش سطحی بالای ورق‌های آلومینیم به عنوان عوامل محدود‌کننده‌ شکل‌دهی ورق‌های آلومینیومی مطرح شده است. شن و همکارش[16] تغییر مشخصه‌های مکانیکی فولاد کم‌کربن پس از انجام فرآیند شکل‌دهی با لیزر را بررسی کرده است. براین اساس، استحکام تسلیم و کششی ورق افزایش یافته است. همچنین، درصد افزایش طول پیش از شکست کاهش می‌یابد.
لیو و همکارانش ‎[17] به بررسی تجربی پارامترهای فرآیندی به‌منظور دست‌یابی به زاویه‌ خم در جهت خلاف تابش پرتو با سازوکار خمش کمانشی پرداخته است. وجود پیش‌تنش‌های ناشی از پیش‌خمش‌های الاستیک در جهت خلاف تابش پرتو و همچنین تنظیم پارامترهای لیزر می‌تواند به ایجاد مطمئن خمش منفی کمک نماید. شکل‌دهی مواد ترد نظیر سیلیکون تک‌کریستال و سرامیک Al2O3 با استفاده از دو نوع لیزر CO2 و Nd:YAG توسط دنگ‌جیانگ و همکارانش‎[18] انجام شده است. استفاده از دماهای بالاتر، با انتخاب مناسب پارامترهای فرآیندی، جهت اجتناب از شکست ترد شرط لازم انجام‌پذیری فرآیند در این دسته از مواد می‌باشد.
کوادرینی و همکارانش‎[19] به مطالعه‌ تجربی خم‌کردن ورق‌های فوم حفره‌باز آلومینیم با چگالی‌های متفاوت پرداخته است. این مطالعه نشان می‌دهد که به‌منظور ایجاد زاویه‌های خم بالا در این دسته از مواد، که امکان شکل‌دهی آن با روش‌های معمول مکانیکی وجود ندارد، می‌توان از فرآیند شکل‌دهی با لیزر بهره برد. ناپفر و همکارانش‎[20] اثر انرژی خطی لیزر و تعداد پاس‌های اسکن بر میزان کرنش در راستای ضخامت ورق‌های فولاد کم‌کربن و آلومینیم بررسی نموده است. نتایج نشان می‌دهد که هرگاه ساز وکار گرادیان دمایی فعال باشد، هر دو پارامتر انرژی خطی و تعداد پاس با شیب کرنش در راستای ضخامت نسبت مستقیم دارد.
وانگ و همکارانش ‎[21] به بررسی تجربی فرآیند شکل‌دهی ورق‌های سیلیکونی با لیزر و همچنین تحلیل اجزای محدود آن به‌منظور پیش‌بینی میدان دمایی پرداخته است. در این فرآیند، استفاده از سازوکار‌های ترکیبی با تنظیم پارامترهای لیزر پالسی به ایجاد زاویه‌ خم بزرگ‌تر از یک‌درجه در ورق‌های سیلیکونی انجامیده است. شی و همکارانش ‎[22] یک روش جدید حرارت‌دهی به‌منظور افزایش دقت شکل‌دهی با سازوکار کوتاه‌کردن ارائه کرده است. در این روش، سطح بالایی و پایینی ورق به‌طور هم‌زمان تحت حرارت‌دهی پرتو لیزر قرار می‌گیرد و به‌این ترتیب، امکان ایجاد این سازوکار با قطر پرتو کوچک‌تر و سرعت اسکن بالاتر فراهم می‌گردد.
چاکرابورتی و همکارانش‎[23] به مطالعه‌ پارامتریک فرآیند شکل‌دهی با لیزر به‌منظور دست‌یابی به اشکال سه‌بعدی کاسه‌ای شکل از ورق‌های دایروی پرداخته است. در این بررسی، تنظیم هم‌زمان قطر پرتو، سرعت اسکن و توان لیزر جهت ایجاد خم خارج‌ازصفحه انجام شده است. روحی و همکارانش [24] استفاده از یک نیروی مکانیکی خارجی، در کنار تابش پرتو لیزر را جهت دست‌یابی به زوایای خم بالا در فرآیند شکل‌دهی چند مرحله‌ای با لیزر بررسی کرده است. در این روش، از یک مدار هیدرولیکی به‌منظور اعمال نیروی کمکی، که به‌طور میانگین یک‌سوم زاویه‌ خم نهایی را افزایش می‌دهد، استفاده شده است.
بررسی اثر زاویه‌ تابشی لیزر CO2 بر میزان زاویه‌ی خم توسط یانجین و همکارانش‎[25] انجام شده است. نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که افزایش زاویه‌ تابشی به افزایش ضریب جذب لیزر حالت جامد در ورق‌های فولادی منجر می‌شود و به‌این ترتیب، در کنار استفاده از تکنیک‌های پوشش‌دهی نظیر گرافیت، با تغییر زاویه‌ی تابش می‌توان به افزایش جذب لیزر کمک نمود. ماجی و همکارانش ‎[26] به بررسی پارامترهای فرآیندی و همچنین، پارامترهای لیزر پالسی نظیر فرکانس وانرژی پالس بر شکل‌دهی فولاد زنگ‌نزن SS304 پرداخته است و شرایط بهینه به‌منظور دست‌یابی به بیشینه‌ شکل‌دهی را ارائه کرده است.
صفری و همکارش‎[27] [27] خم‌کاری ورق‌های ترکیبی ماشین‌کاری شده و استفاده از یک طرح تابشی متفاوت، نسبت به ورق‌های ساده، جهت دست‌یابی به خم یکنواخت را بررسی کرده است. نتایج نشان می‌دهد که استفاده از روش‌های تابشی موسوم به سرعت بهبودیافته یکنواخت‌ترین زاویه‌ خم در ورق با ضخامت متفاوت را ایجاد می‌کند. شکل‌دهی ورق‌های تیتانیم با استفاده از لیزر Nd:YAG و کاهش عیوب مرسوم نظیر تشکیل لایه‌ اکسید و به تبع آن، تغییر نامطلوب مشخصه‌های ماده توسط شیدید و همکارانش ‎[28] مطالعه گردید. در این بررسی، از یک گاز محافظ خنثی به‌منظور کاهش میزان اکسیدشدگی استفاده شد.
1-7- روش اجزای محدودبسیاری از مسائل مهندسی توسط معادلات دیفرانسیل بیان می شود. روش های متعددی به منظور تعیین حل دقیق بسیاری از انواع معادلات دیفرانسیل موجود است. هرچند، این روشها در بسیاری از مسائل کاربردی قابل استفاده نیست. دلیل این مساله آن است که یا حل دقیق برای معادلات دیفرانسیل حاکم بر این مسایل وجود ندارد و یا هندسه مسئله پیچیده می باشد. علاوه براین، تعیین حل تحلیلی برای مسائل شرایط مرزی در یک ناحیه دو و سه بعدی کار طاقت فرسایی است. به همین دلیل، روشهای عددی در تمام شاخه های مهندسی کاربرد فزاینده ای یافته است.
روش اجزای محدود یکی از انواع روش های عددی به منظور تعیین پاسخ تقریبی معادلات دیفانسیل عادی و جزئی است به خصوص، روش اجزای محدود ابزار قدرتمندی برای حل مسائل شرایط مرزی در نواحی هندسی پیچیده است. نرم افزارهای متعدد اجزای محدود، ازجمله نرم افزار V12 ABAQUS، سبب شده که کاربرد این روش در حل تقریبی مسائل پیچیده بیش از پیش گردد.
روش اجزای محدود در حل مسائل شامل شش مرحله می باشد:
تعیین معادلات مربوط به المان ها
تقسیم کردن ناحیه مساله به تعداد متناهی شبکه المانی
سرهم کردن معادلات المان ها
اعمال شرایط مرزی
تعیین مقادیر گرهی
محاسبه پاسخ و مقادیر وابسته بر روی هر المان
1-8- شبیه سازی فرآیندشکل دهی با لیزر به روش المان محدودروشهای عددی ، در یک دهه گذشته ، به طور موفقیت آمیزی در مدلسازی فرآیند شکل دهی با لیزر مورد استفاده قرار گرفته است. مدل عددی در مقایسه با مدل های تجربی و تحلیلی دارای مزایایی به شرح زیر است:
پارامترهای اساسی فرآیند نظیر همرفتی و بسیاری از ویژگی های وابسته به دما ، نظیر ضریب رسانش ، ضریب انبساط حرارتی و غیره در نظر گرفته می شود. بنابراین، نتایج به دست آمده دقیق تر است.
مدلهای عددی قادر است با بررسی مقادیر دمای گذر، تنش و کرنش و همچنین جابجایی، تصویر مناسبی از فرآیند شکل دهی با لیزر فراهم نماید.
مدلهای عددی را می توان با روشهای بهینه سازی عددی تجمیع نمود. و به این ترتیب، الگوی مناسب حرارت دهی به منظور رسیدن به شکل های هندسی دلخواه را به دست آورد.
مدلهای عددی فرآیند شکل دهی با لیزر بر پایه دو روش تفاضل محدود و اجزای محدود قرار دارد. روش اجزای محدود در مقایسه با روش تفاضل محدود دارای دقت بیشتری است. هرچند، زمان محاسبه طولانی تری دارد.[31]
1-9 - اهداف پایان نامه
آلومینیوم و آلیاژهای آن به علت سبک بودن، ویژگی های فیزیکی و مکانیکی مناسب و مقاومت خوردگی بالا دارای کاربردهای گسترده ای است. به دلیل اهمیت و کاربرد شکل دهی غیر تماسی، خم کاری ورق های آلومینیوم با استفاده از پرتو لیزر موضوع پایان نامه حاضر می باشد. به طور کلی اهداف پایان نامه به شرح زیر می باشد:
بررسی عوامل محدود کننده شکل دهی ورق های آلومینیوم
مطالعه کلیه عوامل موثر بر شکل دهی ورق های آلومینیوم
تعیین رابطه ای به منظور پیش بینی زاویه خم به ازای مجموعه ای از پارامترهای فرآیندی به صورت تجربی
تعیین روشی به منظور دست یابی به زوایای خم بالا
برای رسیدن به اهداف بیان شده اقدامات زیر صورت گرفته است:
مطالعه کامل فرآیند شکل دهی با استفاده از پرتو لیزر
بررسی پارامترهای مختلف فرآیند واثر آن بر نوع مکانیزم شکل دهی
استفاده از روش های پوشش دهی سطحی به منظور کاهش میزان بازتابندگی سطح
شناسایی پارامترهای موثر بر شکل دهی ورق های آلومینیوم با استفاده از پرتو لیزر
مدلسازی دقیق فرآیند در نرم افزار اجزای محدود V12 ABAQUS
انجام طراحی آزمایش به منظور اجرای آزمایش های تجربی و تحلیل نتایج حاصل به منظور تعیین ارتباط پارامترهای مختلف فرآیندی بر مقدار زاویه خم نهایی
انجام هدفمند مجموعه شبیه سازی عددی برای تعیین تاثیر پارامترهای فرآیند در محدوده دلخواه بر میزان شکل دهی
بررسی شکل دهی با لیزر به همراه نیروی مکانیکی برای رسیدن به زوایای خم بالا
1 -10- ساختار این پایان نامهدر فصل اول نوشتار حاضر، پس از معرفی فرآیند شکل‌دهی با استفاده از پرتو لیزر، شامل فرآیندهای شکل‌دهی مکانیکی و حرارتی، فرآیند شکل‌دهی با استفاده از پرتو لیزر و مزایای آن نسبت به سایر فرآیندها مورد بررسی قرار گرفت. در فصل دوم انواع مکانیزم فرایندهای شکل‌دهی با استفاده از لیزر و مدل‌های تحلیلی ارائه شده به‌منظور پیش‌بینی شکل‌دهی نهایی معرفی می‌شود. در فصل سوم، شبیه سازی عددی فرآیند انجام می گیرد. درفصل چهارم به نحوه انجام آزمایش های تجربی اختصاص داده شده است. در فصل پنجم، نتایج عددی وتجربی ارائه شده و صحت سنجی و تحلیل نتایج انجام می گیرد. فصل ششم به نتیجه گیری از پایان نامه اختصاص داده شده است.
فصل دوم
مکانیزم فرآیندهای شکل‌دهی باپرتو لیزر
2-1- مقدمه
امروزه از لیزر، به علت دارا بودن ویژگی های مناسبی نظیر تمرکزپذیری و شدت انرژی بالا، در صنایع مختلف استفاده می شود. برای نمونه، لیزر دی اکسید کربن با توان خروجی100W را میتوان به کمک لنزهای مخصوص در دایره ای به قطر0.01cm متمرکز کرد. در این حالت، شدت تابش پرتو حاصل برابر با 1000000w/cm2 است. به این ترتیب، امکان ایجاد یک نرخ حرارتی بسیار بزرگ در ناحیه تحت تابش پرتو لیزر، بدون تاثیر قابل توجه بر نواحی مجاور، وجود دارد. از لیزر در فرآیندهایی نظیر برش، سوراخ کاری، جوشکاری وخمکاری استفاده می گردد. [2]
2-2- طبقه بندی فرآیند شکل دهی با لیزر
به طور کلی، فرآیند شکل دهی با لیزر، بسته مسیر پیمایش پرتو وشکل نهایی محصول، به دو دسته تقسیم می شود. [32]
2-2-1- شکل دهی دو بعدی با لیزر
شکل دهی دو بعدی با استفاده از لیزر شامل خمهای دو بعدی به منظور ایجاد یک شکل سه بعدی در قطعه نهایی می شود [33] . در این روش، پیمایش پرتو لیزر در راستای یک مسیر مستقیم انجام می گیرد. نمونه ای از قطعات شکل داده شده به این روش، در شکل2-1 نشان داده شده است.

شکل 2-1: نمونه ای از شکل دهی دو بعدی ورقهای فلزی با لیزر (شکل چپ) - ورق آلومینیوم که دارای شش قسمت مجزای شکل داده شده است.(شکل راست) خمش ورق وایجاد یک پروفیل [34]
2-2-2- شکل دهی سه بعدی با لیزر
شکل دهی سه بعدی با لیزر شامل ترکیبی از خمهای دو بعدی چند محوره خارج از صفحه و همچنین کوتاه کردن موضعی درون صفحه ای به منظور ایجاد یک شکل سه بعدی فضایی می شود. [35]. در این روش، پیمایش پرتو لیزر در راستای یک مسیر منحنی و یا ترکیبی از چند خط مستقیم انجام می گیرد. نمونه ای از قطعات شکل داده شده به این روش، در شکل2-2 نشان داده شده است.

شکل 2-2 : نمونه ای از شکل دهی سه بعدی ورقهای فلزی با لیزر(شکل چپ) دو نمونه شکل داده شده و متصل شده به هم (شکل راست) ایجاد شکل زینی در ورق [34]
2-3- مکانیزم های شکل دهی با لیزر
مکانیزم‌های فرآیند شکل‌دهی با لیزر بر اساس توزیع دمایی القا شده در اثر تابش پرتو لیزر تعیین می‌گردد. توزیع درجه‌حرارت در قطعه‌کار به پارامترهای مختلف فرآیندی نظیر توان لیزر، قطر پرتو، سرعت اسکن لیزر و ضخامت قطعه‌کار بستگی دارد. سه مکانیزم موجود شکل‌دهی در این فرآیند در ادامه توضیح داده شده است .[5]
2-3-1- مکانیزم گرادیان دمایی1در این مکانیزم، قطر پرتو لیزر باید برابر با ضخامت ورق یا نزدیک به ضخامت ورق باشد؛ به طوری که انرژی لیزر تابشی بتواند یک گرادیان دمایی با شیب مناسب را در راستای ضخامت ایجاد نماید. بنابراین، اگر قطعه‌کار دارای ضریب رسانش بالا باشد، طول مسیر اسکن لیزر بایستی بزرگ‌تر باشد. مسیر حرکت پرتو لیزر بر روی ورق معمولا خط راست بوده و در تمام عرض یا طول ورق حرکت می‌کند.
در مرحله اول، گرمایش ورق به‌اندازه‌ای است که کرنش در محدوده‌ کاملا" الاستیک باقی می‌ماند. به عبارت دیگر، اگر گرمایش در این مرحله متوقف شود، برگشت فنری اتفاق افتاده و هیچ‌گونه کرنش در ورق باقی نخواهد ماند. به دلیل انبساط حرارتی بیش‌تر در لایه‌ بالایی ورق، یک «خمش منفی» در قطعه‌کار به وجود می‌آید. مقدار خمش منفی کوچک بوده و اندازه‌ آن بستگی به قطر پرتو لیزر دارد. ادامه‌ گرمایش باعث کاهش تنش جریان فلز در منطقه‌ گرمادیده شده و افزایش میزان انبساط حرارتی در سطح ورق را به‌همراه دارد. به‌این ترتیب، تا توقف حرارت ورودی ناشی از تابش لیزر، کرنش‌های حرارتی به کرنش پلاستیک فشاری تبدیل خواهد شد. درواقع، پس از عبور پرتو از یک نقطه معین، گرمایش در آن نقطه با اتمام می‌رسد و پس از آن، سرمایش آغاز می‌گردد. در شرایطی که شار حرارتی پرتو لیزر وارد سطح ورق می‌شود، پراکندگی و انتقال حرارت توسط تابش و همرفت کم بوده و قابل صرف‌نظر کردن می‌باشد.مرحله سرمایش در این فرآیند، پس از عبور پرتو و در اثر انتقال حرارت از ناحیه‌ حرارت‌دیده، طی حدود 10 الی 20 ثانیه انجام می‌شود؛ این درحالی است که مرحله‌ گرمایش در حدود 5/0ثانیه طول می‌کشد. در طول سرمایش، میزان انقباض لایه‌های بالایی ورق، که تحت پرتو لیزر و در ناحیه‌ تغییرشکلی پلاستیک قرار گرفته بود، در مقایسه با لایه‌های پایین‌تر بیشتر می‌باشد و به‌تبع آن، خمش در ورق اتفاق می‌افتد. میزان زاویه‌ خمش نهایی به مقدار انرژی ورودی به قطعه‌کار، هندسه‌ ورق و مشخصه‌های حرارتی و مکانیکی ماده‌ آن بستگی دارد. به‌طور معمول، مقدار زاویه خمش در این مکانیزم بین 0.1 الی 3 درجه به ازای هر پاس عبوری لیزر است. شمایی از مکانیزم گرادیان دمایی در شکل 2-3 آورده شده است.
به‌طور خلاصه، مکانیزم گرادیان دمایی از مراحل زیر تشکیل شده است:
1. گرمایش سطحی و انبساط حرارتی موضعی در لایه‌های بالایی سطح ورق فلزی
2. ادامه گرمایش سطحی، ایجاد و افزایش خمش منفی
3. ایجاد ناحیه پلاستیک در لایه‌های بالایی سطح ورق دراثر ممان خمشی وارده از ناحیه کشسان لایه‌های پایینی ورق
4. انتقال حرارت در ورق و ایجاد انقباض موضعی در ناحیه‌ گرم شده
5. افزایش خمش مثبت با گذشت زمان به علت انتقال حرارت

شکل 2-3 : مراحل فرآیند شکل‌دهی با لیزر توسط مکانیزم گرادیان دمایی (a) پیش از تابش پرتو؛ (b) مرحله‌ حرارت‌دهی (وقوع خمش منفی)؛ (c) مرحله‌ سرمایش (وقوع خمش مثبت)[6].
2-3-2- مکانیزم کمانش1در مکانیزم کمانش، عرض ورق فلزی به‌وسیله پرتو لیزر، که قطر آن در مقایسه با ضخامت ورق فلزی بزرگ می‌باشد، با سرعت کم اسکن می‌گردد. در نتیجه‌ حرکت آرام لیزر، یک گرادیان دمایی با شیب بسیار کم در راستای صخامت ایجاد می‌شود. در اثر انبساط حرارتی منطقه‌ حرارت‌دیده، تنش‌های فشاری در این ناحیه به‌وجود می‌آید. اگر ناحیه‌ حرارت‌دیده به‌اندازه کافی بزرگ باشد، یک ناپایداری خمشی ناشی از کمانش به وقوع می‌پیوندد. جهت خمش ورق به فاکتورهای متعددی نظیر وجود/عدم وجود خمش اولیه بستگی دارد.
در مرکز ناحیه‌ کمانش‌یافته یا محل خمش ورق، درجه‌حرارت ورق بسیار بالا می‌باشد و مقدار تنش سیلان در این ناحیه کم خواهد بود. بنابراین، خمش این ناحیه از نوع خمش پلاستیک می‌باشد. در طرف مقابل، درجه‌حرارت ریشه‌ ناحیه‌ خمش‌یافته، که از مرکز تابش پرتو لیزر دور است، کمتر افزایش می‌یابد. درنتیجه، مقدار تنش جریان ناحیه‌ ریشه، نسبت به مقدار متناظر در مرکز خمش بیشتر خواهد بود و خمش در این ناحیه از نوع کاملا" الاستیک می‌باشد. با ادامه‌ گرمایش، میزان انبساط حرارتی ورق افزایش یافته و ارتفاع خمش نیز بیشتر می‌گردد. با اتمام تابش پرتو، کرنش الاستیک کاملا برطرف شده، تنها تغییرشکل ناحیه‌ مرکزی کمانش‌یافته باقی می‌ماند.
خمش ورق توسط مکانیزم خمش کمانشی به اندازه 1 الی 15 درجه می‌باشد. این مقدار خمش در مقایسه با مکانیزم گرادیان دمایی بزرگ‌تر است. هرچند، نمی‌توان نتیجه گرفت که این روش بازده‌ بالاتری نسبت به مکانیزم گرادیان دمایی دارد. زیرا مقدار انرژی مصرفی، به‌ازای هر مرحله‌ اسکن، به مراتب بالاتر است. همان‌طور که پیش‌تر اشاره شد، مکانیزم خمش کمانشی زمانی اتفاق می‌افتد که قطر پرتو لیزر نسبت به ضخامت ورق بسیار بزرگ‌تر باشد. همچنین، سرعت عبور پرتو لیزر در این فرآیند بسیار پایین بوده و در نتیجه شیب گرادیان دمایی در راستای ضخامت بسیار کم است. مجموعه این شرایط می‌تواند به وسیله ترکیب پارامترهای مختلف ایجاد شود. شمایی از مکانیزم خمش کمانشی در ‏0 2-4 آورده شده است.
به‌طور خلاصه، مراحل انجام شکل‌دهی با لیزر توسط مکانیزم کمانش به شرح زیر می‌باشد:
1. گرمایش منطقه بزرگی از ورق فلزی و افزایش تنش فشاری
2. شروع کمانش یا خمش
3. ادامه کمانش یا خمش
4. حرکت و گسترش ناحیه‌ خمش در عرض ورق فلزی
5. آزاد شدن کرنش‌های الاستیک
6. باقی‌ماندن کرنش‌های پلاستیک در ورق، و تغییرشکل نهایی ورق

شکل 2-4 : مراحل فرآیند شکل‌دهی با لیزر توسط مکانیزم کمانش (چپ) تابش پرتو لیزر؛ (وسط) مرحله‌ گسترش کمانش؛ (راست) تشکیل زاویه‌ خم ‎[7] 2-3-3- مکانیزم کوتاه کردن1اگر (الف) قطر پرتو لیزر برابر با ضخامت ورق یا کمی بزرگ‌تر از ضخامت ورق باشد، (ب) اسکن کردن با سرعت کم در عرض ورق انجام گیرد یا ضریب هدایت حرارتی ماده پایین باشد و (پ) هندسه ورق به شکلی باشد که مکانیزم خمش کمانشی اتفاق نیافتد، مکانیزم مزبور را مکانیزم کوتاه کردن می‌نامند. این روش مخصوص ورق‌های بسیار ضخیم و همچنین برای سازه‌هایی با سفتی بالا به‌کار برده می‌شود.
باتوجه به پایین بودن سرعت اسکن در این مکانیزم، قطعه‌کار به‌صورت همگن در راستای ضخامت گرم می‌شود. با افزایش دما و به‌تبع آن، پایین آمدن تنش جریان در منطقه‌ حرارت‌دیده، و به‌سبب آن‌که انبساط آزاد نواحی حرارت‌دیده توسط مواد خنک‌تر اطراف محدود شده است، کرنش‌های ناشی از انبساط حرارتی از نوع کرنش پلاستیک فشاری خواهد بود. به علت گرادیان دمایی بسیار کم در جهت ضخامت ورق، قطعه‌کار به هنگام سرد شدن منقبض می‌گردد. این مکانیزم می‌تواند برای کوتاه کردن چهارچوب‌های و قطعات کوچک به‌کار برده شود. درواقع، این مکانیزم یک روش بسیار مفید برای تولید با دقت میکرون است. شمایی از مکانیزم کوتاه کردن درشکل 2-5 آورده شده است.

شکل 2-5 : مراحل فرآیند شکل‌دهی با لیزر توسط مکانیزم کوتاه کردن (چپ) تابش پرتو (مرحله‌ حرارت‌دهی)؛ (راست) کوتاه‌شدن قطعه‌کار (مرحله‌ سرمایش)به‌طور خلاصه، مراحل مختلف مکانیزم کوتاه کردن به این صورت است:
1. گرمایش مقطع و انبساط حرارتی
2. افزایش انبساط حرارتی و عبور از کرنش الاستیک
3. ایجاد یک فشار در اثر وارد شدن مقطع به ناحیه‌ پلاستیک
4. سرمایش قطعه همراه/ بدون یک کرنش کششی کوچک
خلاصه‌ مکانیزم‌های ذکر شده به‌همراه شرایط، مقدار شکل‌دهی و برخی از مشخصه‌های آنها در جدول2-1آورده شده است.
جدول2-1 : مکانیزم‌های فرآیند شکل‌دهی با استفاده از پرتو لیزر [8]
مکانیزم شرایط مقدار شکل‌دهی نتیجه
شیب دمایی - قطر پرتو ~ ضخامت ورق
- سرعت اسکن بالا
- قابل استفاده در ورق‌های نازک یک تا دو درجه به ازای هر پاس پیمایش کنترل بالا
بازده کم
خمش کمانشی - قطر پرتو بزرگ‌تر از ضخامت
- سرعت اسکن پایین
- قابل استفاده در ورق‌های نازک تا پانزده درجه به ازای هر پاس پیمایش بازده بالا
کنترل کم
کوتاه کردن - قطر پرتو ~ ضخامت ورق
- قابل استفاده در ورق‌های سفت (عدم کمانش) انقباض میکرونی به ازای هر پاس پیمایش به‌منظور کوتاه کردن و افزایش سطح مقطع ورق
2-4- مدل‌های تحلیلی برای پیش‌بینی مقدار تغییرشکل2-4-1- مکانیزم گرادیان دماییولرتسن[9] رابطه‌ای به‌منظور پیش‌بینی زاویه‌ خمش در مکانیزم گرادیان دمایی به دست آورده و ‌همچنین، شرایط بهینه‌ مربوط به فرآیند شکل‌دهی با لیزر در مسیر مستقیم را توصیف نموده است. در این رابطه‌ تحلیلی، ارتباط بین زاویه‌ خمش و برخی از ویژگی‌های ماده، هندسه‌ قطعه‌کار و پارامترهای مربوط به فرآیند به دست آمده است. در این مدل، قطعه‌کار به صورت تیر ساده فرض شده و از روش انرژی برای بیان میدان درجه‌حرارت استفاده شده است. اساس این مدل و پارامترهای استفاده شده در ‏0شکل 2-6 آورده شده است. زاویه‌ خمش براساس هندسه‌ شکل نهایی و همچنین، تفاوت کرنش بین لایه‌های بالایی و پایینی قطعه تعریف شده است (رابطه‌ ‏0).
2-1
در این رابطه، bα برابر با زاویه ی خمش، thα برابر با ضریب رسانش حرارتی جنس قطعه‌کار، P برابر با توان لیزر تابشی، A برابر با ضریب جذب سطح، ρ برابر با دانسیته ورق، cp برابر با ظرفیت حرارتی ویژه، v برابر با سرعت اسکن پرتو و s معادل ضخامت قطعه است.
یائو[10] مشابه به مدل ارائه ‌شده‌ ولرتسن، از یک روش مدل دولایه به‌منظور درنظر گرفتن اثر خمش منفی استفاده کرده است. به‌این‌ترتیب، مقداری از تغییرشکل از نوع الاستیک به‌حساب آورده شده است. این اصلاح در روابط، نتیجتا" شامل دو معادله است؛ یکی برای زاویه‌ خمش منفی و دیگری برای زاویه‌ خمش در انتهای چرخه‌ سرمایش. به‌این ترتیب، رابطه‌ نهایی زاویه‌ خم (یعنی تفاضل زاویه خم مثبت و زاویه خمش منفی)، براساس معادله میدان دمایی در مدل یائو در رابطه2-2 آورده شده است.
2-2
در این رابطه، l برابر با نصف طول ناحیه‌ حرارت دیده، E برابر با مدول یانگ و Y برابر با تنش تسلیم می‌باشد.

شکل 2-6 : نیروها و ممان‌ها در مدل دولایه‌ای ولرتسن [9]
2-4-2- مکانیزم کمانشدر مکانیزم کمانش، طبق مدل ولرتسن[9] Error! Reference source not found.کرنش در نزدیکی مرکز پرتو لیزر به‌صورت پلاستیک و در قسمت‌های دورتر از پرتو از نوع الاستیک می‌باشد. رابطه‌ای که زاویه‌ خم نهایی در مکانیزم کمانش را مشخص می‌کند، با استفاده از تئوری خمش مکانیکی به دست آمده است (رابطه‌2-3).
2-3
در این رابطه، sσ برابر با تنش سیلان در ناحیه‌ حرارت دیده می‌باشد.
2-5- مطالعه روش های تجربی بررسی فرآیند شکل دهی با لیزر
2-5- مقدمهبرای بررسی دقیق و پیش‌بینی رفتار ورق در فرآیند شکل‌دهی با لیزر می‌توان از روش انجام آزمایش و تحلیل نتایج آن استفاده نمود. پارامترهای موثر بر مقدار زاویه خم به دست آمده به ازای هر پاس لیزر را می‌توان به سه دسته‌ کلی تقسیم کرد: پارامترهای مربوط به انرژی لیزر، مشخصات فیزیکی و مکانیکی ماده و مشخصات هندسی ورق .[11]
2-5-1- پارامترهای انرژی لیزرتغییرات زاویه‌ خم به‌ازای تغییر توان لیزر درشکل 2-7 (الف) نشان داده شده است. افزایش توان لیزر، که به معنای افزایش انرژی ورودی است، باعث افزایش شیب دمایی در راستای ضخامت شده و درنتیجه، زاویه‌ خم نیز بیشتر می‌گردد. رابطه‌ بین چند سرعت اسکن پرتو و زاویه‌ خم متناظر با آن در شکل2-7‏0 (ب) مشخص شده است. با افزایش نرخ تغذیه، مقدار انرژی واحد طول وارده بر قطعه کاهش یافته، به کم‌تر شدن مقدار نهایی شکل‌دهی می‌انجامد. ‏0شکل2-7 (پ) تاثیر قطر پرتو لیزر بر زاویه‌ خم را نشان می‌دهد. با فرض ثابت ماندن توان لیزر، افزایش قطر پرتو به معنای کاهش انرژی موثر وارده بر سطح است و بنابراین، کاهش مقدار زاویه‌ خم را موجب می‌شود. اثر تعداد پاس‌های اسکن پرتو لیزر بر زاویه‌ خم در ‏0شکل2-7 (ت) نشان داده شده است. زاویه‌ خم با تعداد پاس‌های اسکن نسبت مستقیم دارد. هرچند، میزان شکل‌‌دهی به‌ازای افزایش تعداد پاس‌ها دارای شیب کاهش‌یابنده است.

(الف)
(ب)

(پ) (ت)
شکل 2-7 : اثر پارامترهای لیزر. (الف) توان؛ (ب) سرعت اسکن؛ (پ) قطر پرتو؛ (ت) تعداد پاس .[11]
2-5-2- پارامترهای فیزیکی
آن‌دسته از پارامترهای فیزیکی ورق که بر زاویه‌ خم نهایی قطعه‌کار موثر است با تعریف شاخص اثرگرمایی شناسایی می‌شود. شاخص اثرگرماییR)) براساس رابطه‌ ‏02-4 تعریف می‌شود؛
2-4
در این رابطه، برابر ضریب انبساط حرارتی ورق، برابر چگالی و برابر ظرفیت گرمایی ویژه‌ است. ‏0 2-8 تاثیر شاخص اثرگرمایی مربوط به سه ماده‌ مختلف (شامل 08، LY12CZ و L3M) بر زاویه‌ خم را نشان می‌دهد. زاویه‌ خم با شاخص اثرگرمایی نسبت مستقیم دارد.

شکل 2-8 : تاثیر شاخص اثرگرمایی بر زاویه خم [11]
2-5-3- مشخصه‌های هندسی ورقتاثیر طول، عرض و ضخامت ورق بر زاویه‌ خم، به‌ترتیب، در ‏0شکل2-9 (الف تا پ) نشان داده شده است. از مقایسه‌ این نمودارها مشخص می‌شود که در میان پارامترهای هندسی ورق، زاویه‌ خم، به‌طور قابل‌توجهی، تحت تاثیر ضخامت ورق است. طول ورق تقریبا هیچ تاثیری بر زاویه‌ خم ندارد. همچنین، با افزایش عرض ورق، زاویه‌ خم با شیب ملایم شروع به افزایش می‌نماید.

(الف) (ب)

(پ)
شکل 2-9 : تاثیر (الف) طول؛ (ب) عرض و (پ) ضخامت ورق بر زاویه‌ خم[11]
2-6- اثر شرایط گیره‌بندی بر مقدار زاویه‌ خمدر بخش‌های گذشته به تعدادی از فاکتورهای موثر بر مقدار زاویه‌ خم در حین شکل‌دهی دوبعدی با لیزر اشاره شد. یک فاکتور دیگر، تاثیر شرایط گیره‌بندی بر پارامترهای فرآیندی می‌باشد.
2-6-1- گیره‌بندی از نوع یک سرگیردارهرگاه قطعه‌ای توسط یک سیستم گیره‌بندی لبه‌ای به‌صورت یک سرگیردار نگه داشته شود.
در شکل 2-10خم ایجاد شده در قطعه‌کار بر نیمی از هندسه‌ پرتو تابشی تاثیر می‌گذارد.

شکل 2-10 : گیره‌بندی یک سرگیردارهرچه خم نمونه به‌صورت پاس‌به‌پاس افزایش پیدا می‌کند، آن بخش از پرتو تابشی که بر زانوی خم قطعه تابیده می‌شود، به‌طور فزاینده‌ای شکل بیضی به خود می‌گیرد. سطح ‌مقطع پرتو تابشی بر نمونه، هم‌چنان که قطعه دچار خمش می‌شود، به‌صورت ترکیبی از یک نیم‌دایره و یک نیم‌بیضی در می‌آید. هرچند، به صورت پاس‌به‌پاس بر میزان واپیچیدگی نیم‌بیضی افزوده می‌شود. واپیچش سطح پرتو لیزر، یک افزایش موثر در مساحت پرتو تابشی روی نمونه و به‌تبع آن، کاهش دانسیته‌ انرژی را به همراه دارد؛ این مساله می‌تواند بر میزان خمش در هر پاس تابشی اثر بگذارد. شمایی از هندسه‌ پرتو تابشی در این‌حالت در ‏0 آورده شده است. در این شکل، D1 برابر با قطر پرتو، R1 برابر با شعاع پرتو، R2 برابر با شعاع پرتو واپیچش شده (بیضی شکل) و αb برابر با زاویه‌ خم می‌باشد.

شکل 2-11 : شمایی از هندسه‌ پرتو تابشی در شرایط گیره‌بندی یک سرگیردار[29]
شعاع پرتو واپیچش شده R2 برابر است با
2-5
مساحت کلی پرتو تابشی، A، برابر است با:
2-6
با جایگزین کردن R2 و آرایش مجدد معادله‌2-7 رابطه‌ زیر به دست می‌آید:
2-7
نمودار مساحت پرتو تابشی در گستره‌ صفر تا نود درجه‌ زاویه خم درشکل‏02-12 مشخص شده است. همچنان که از این شکل مشخص است، با افزایش زاویه‌ خم، بر مساحت سطح‌مقطع پرتو تابشی نیز افزوده می‌شود.

شکل 2-12 : اثر زاویه‌ خم بر مساحت پرتو تابشی [29]
لازم به یادآوری است که نیمی از مساحت پرتو تابشی بر قسمت خم‌شده‌ ورق وارد شده و درنتیجه، دچار واپیچیدگی می‌گردد. مساحت پرتو در زوایای خم بالا به طور قابل‌توجهی افزایش می‌یابد. این افزایش مساحت به‌خصوص در زوایای نزدیک به نود درجه محسوس‌تر است. همچنین، اثرات زاویه خم بر میزان اثربخشی انرژی درشکل2-13 نشان داده شده است. میزان اثربخشی انرژی به‌صورت حاصل‌ضرب دانسیته‌ انرژی در طول مدت زمان تابش تعریف می‌شود. از این شکل مشخص است که در شرایط تکیه‌گاهی یک سرگیردار، با افزایش زاویه‌ خم، میزان اثربخشی انرژی تابشی به طور مداوم کاهش می‌یابد. این کاهش دارای تاثیرات قابل‌ملاحظه‌ای بر میزان خم در هر پاس، به‌خصوص زمانی که تعداد پاس‌ها زیاد است، می‌باشد.

شکل 2-13 : انرژی موثر تابشی به‌ازای افزایش زاویه‌ خم ‎[29] [29]
2-6-2- گیره‌بندی از نوع V شکلبا توجه ‌به آنکه فاکتور هندسی بحث شده در بخش2-6-1 ‏0دررابطه با شیوه‌ گیره‌بندی ورق از نوع یک سرگیردار بود، یک شیوه‌ دیگر بستن قطعه‌کار نیز مورد بررسی قرار گرفته است. استفاده از شیوه‌ گیره‌بندی V شکل، مشابه به آنچه که در ‏0شکل2-14 مشاهده می‌شود، چنین به نظر می‌رسد که انجام شکل‌دهی در زوایای خم بالا امکان‌پذیر می‌باشد.

شکل 2-14 : گیره بندی V‌شکل ‎[29] [29]
مشابه به شرایط گیره‌بندی یک سرگیردار می‌توان اثر افزایش زاویه‌ خم روی مساحت سطح ‌مقطع کلی پرتو تابشی را به دست آورد. درواقع، در حالت گیره‌بندی V شکل، به‌جای اینکه فقط نیمی از مساحت پرتو دچار واپیچیدگی شود، هر دو نیمه‌ پرتو با افزایش زاویه خم ()، حالت بیضی‌شکل به خود می‌گیرد (شکل2-15).

شکل 2-15 : شمایی از هندسه‌ پرتو تابشی در شرایط گیره‌بندیVشکل ‎[29] شعاع پرتو واپیچیده شده R2 برابر است با:
2-8
زاویه‌ کلی خم که وابسته به مساحت پرتو تابشی، A، است در شرایط گیره‌بندی ساده به صورت زیر می‌باشد:
2-9
با جایگزینی R2 و آرایش مجدد رابطه2-10، معادله‌ زیر به دست می‌آید:
2-10
نمودار مساحت پرتو تابشی در گستره‌ صفر تا نود درجه‌ زاویه خم در2-16 مشخص شده است. با محاسبه‌ مساحت پرتو تابشی و با فرض یکسان بودن مجموعه پارامترهای فرآیندی در حالت گیره‌بندی ساده و گیره‌بندی یک سرگیردار، اثر زاویه‌ پیش‌خم موجود در قطعه‌کار بر سایر پارامترهای فرآیندی به دست می‌آید.

شکل 2-16 : اثر زاویه‌ خم بر مساحت سطح پرتو تابشی [29]
همچنان که از شکل فوق مشخص است، مساحت پرتوی تابشی در مقایسه با گیره‌بندی یک سرگیردار (‏0)، به‌مقدار بسیار کمتری متاثر از زاویه‌ خمش افزایش یابنده است. این مساله ناشی از آن است که مساحت پرتو تابشی فقط به نصف زاویه‌ خم (یعنی ) وابسته است. اثرات افزایش مساحت پرتو بر میزان اثربخشی انرژی در ‏0شکل2-17 نشان داده شده است. هم‌چنان‌که مشخص است، اگرچه با افزایش زاویه‌ خم مقداری افت در میزان اثربخشی انرژی مشاهده می‌شود، اما این مقدار به اندازه‌ مقدار متناظر برای حالت تکیه‌گاه یک سرگیردار (‏02-13) قابل ملاحظه نیست.

شکل 2-17 : انرژی موثر تابشی به‌ازای افزایش زاویه‌ خم ‎[29]
2-7- نتیجه‌گیری
با بررسی دقیق فرآیند شکل‌دهی با لیزر، این روش به‌عنوان یک روش مناسب به‌منظور جایگزین نمودن روش‌های رایج مکانیکی، برای شکل‌دهی و ایجاد خم‌های دوبعدی و سه‌بعدی در ورق‌های فلزی و غیرفلزی معرفی گردید. یکی از اصلی‌ترین مزیت‌های این روش، عدم بستگی آن به سختی قطعه‌کار عنوان شد.
در ادامه‌ معرفی فرآیند شکل‌دهی با لیزر، سه مکانیزم شکل‌دهی بسته‌ به نحوه‌ تنظیم پارامترهای لیزر نسبت به‌هم مورد بررسی قرار گرفت. مکانیزم گرادیان دمایی با گرمایش سطحی و انبساط حرارتی موضعی در لایه‌های بالایی سطح ورق فلزی آغاز می‌‌شود. ادامه‌ گرمایش سطحی ورق با ایجاد و افزایش خمش منفی همراه است. سپس، دراثر اعمال ممان خمشی از ناحیه کشسان لایه‌های پایینی ورق، ناحیه پلاستیک در لایه‌های بالایی سطح ورق گسترش می‌یابد. درنهایت، به‌واسطه‌ انتقال حرارت در ورق و هم‌چنین، ایجاد انقباض موضعی در ناحیه‌ گرم‌شده، افزایش خمش مثبت با گذشت زمان واقع می‌شود. در مکانیزم کمانش، ابتدا گرمایش منطقه بزرگی از ورق فلزی و افزایش تنش فشاری انجام می‌گیرد. این مساله موجب شروع کمانش یا خمش در ورق می‌گردد. با حرکت پرتو لیزر، حرکت و توسعه‌ ناحیه‌ خمش در عرض ورق فلزی پدید می‌آید. با عبور لیزر و شروع مرحله‌ سرمایش، آزاد شدن کرنش‌های الاستیک و باقی‌ماندن کرنش‌های پلاستیک در ورق، تغییرشکل نهایی ورق حاصل می‌شود. در مکانیزم کوتاه‌کردن، ابتدا گرمایش مقطع و انبساط حرارتی ورق انجام می‌شود. افزایش انبساط حرارتی و عبور از کرنش الاستیک موجب ایجاد یک فشار در اثر وارد شدن مقطع به ناحیه‌ پلاستیک می‌گردد. در نهایت، سرمایش قطعه همراه/ بدون یک کرنش کششی کوچک پدید می‌آید.
اثر عوامل مختلف بر میزان زاویه‌ خم حاصل از فرایند شکل‌دهی با لیزر مورد بررسی قرار گرفت. به‌این منظور، پارامترهای ورودی به سه دسته‌ پارامترهای پرتو لیزر، ماده‌ ورق و هندسه‌ ورق تقسیم می‌شود. به‌این ترتیب که توان لیزر و تکرار پاس‌های اسکن، برخلاف سرعت اسکن و قطر پرتو، اثر مستقیم بر زاویه خم دارد. افزایش طول ورق، به میزان بسیار جزئی، و افزایش ضخامت ورق، به مقدار قابل ملاحظه‌ای، به کاهش زاویه خم می‌انجامد.هم‌چنین به‌منظور رسیدن به زوایای خم بزرگ، به‌ازای افزایش تعداد پاس‌های لیزر، استفاده از حالت گیره‌بندی ساده از شرایط یک سرگیردار مناسب‌تر است.
2-8- پيشنهادهایی براي ادامه‌ کار- بررسي استفاده از فرآيند شکل‌دهی با لیزر در شکل‌دهی ورق‌های آلومینیومی.
- بررسي تاثیر تعداد پاس‌های اسکن بر مقدار نهایی زاویه‌ خم در فرآیند شکل‌دهی با لیزر.
- تعیین رابطه‌ای به‌منظور پیش‌بینی زاویه‌ خم در فرآیندهای شکل‌دهی چندپاسه‌ لیزر در ورق‌های آلومینیومی.
فصل 3
روش انجام شبیه سازی عددی فرآیند
3-1- مقدمه
در شکل دهی فلزات، از شبیه سازی فرآیند به منظور روشی جهت تحقق اهداف زیر استفاده می شود ‎[29]
کاهش زمان تولید
پیش بینی اثر پارامترهای فرآیندی
پیش بینی مقادیر تنش، درجه حرارت، تنش های پسماند در قطعه نهایی
بهبود کیفیت محصول
درک مناسب تر رفتار مواد
کاهش اتلاف ماده
تا پیش از همه گیری رایانه و پیشرفت نرم افزارهای مختلف، روشهای تجربی به منظور بررسی فرآیندهای شکل دهی مورد استفاده قرار می گرفت.هچنین روشهای تحلیلی که بر پایه تئوری مقدماتی پلاستیسیته قرار داشت، برای محاسبه نیروهای شکل دهی و تخمین مقادیر تنش به کار گرفته می شد. پیشرفت دانش رایانه کمک بزرگی به بسط روشهای عددی به منظور مطالعه فرآیندهای شکل دهی نمود. در این میان، روش اجزای محدود به عنوان یکی از روشهای تحلیل عددی، نقش ویژه ای دارد.
در این پایان نامه از نرم افزار اجزای محدودABAQUS ، به منظور شبیه سازی فرآیند شکل دهی با استفاده از پرتو لیزر استفاده شده است. قابلیت تحلیل ترکیبی مکانیکی – حرارتیABAQUS، امکان تحلیل و مدلسازی نزدیک به واقعیت این فرآیند را فراهم کرده است. در ادامه، مراحل شبیه سازی فرآیند شرح داده شده می شود.
3-2- تعریف مساله
هدف از این پایان نامه، بررسی فرآیند شکل دهی دو بعدی با استفاده از پرتو لیزر به منظور ایجاد خم در ورقهای آلومینیوم و تعیین تاثیر متغیرهای مختلف فرآیندی بر مقدار نهایی شکل دهی می باشد. به این منظور، ورقهای آلومینیوم به صورت مستطیلی شکل و با ابعاد هندسی مشخص انتخاب شده و تابش پرتو لیزر، با پارامترهای مناسب، باعث ایجاد یک زاویه خم دائمی در ورق می گردد.
3-3- مدل اجزای محدود
ایجاد مدل اجزای محدود در نرم افزار ABAQUS و در محیط گرافیکی ABAQUS/CAE انجام می گیرد. در این نرم افزار، تعریف دقیق شرایط مساله و شبیه سازی فرآیند شامل هشت مرحله می باشد. فرضیات اولیه ای که در شبیه سازی مورد استفاده قرار گرفته است به شرح زیر می باشد:
همسانگرد بودنIsontropic)) ورق مورد استفاده
یکنواخت بودن ضخامت ورق درتمام قسمت ها
عدم بروز ذوب سطحی در سطح ورق
عدم وجود نیروی خارجی در حین شکل دهی
عدم وجود تنش های پسماند در ورق
3-3-1- ترسیم هندسه مدل
ابعاد هندسی ورق آلومینیوم، مشابه به آنچه که در آزمایشهای تجربی مورد استفاده قرار گرفته است، ترسیم می شود. با توجه به اینکه شکل دهی با استفاده پرتو لیزر جزء انواع فرآیندهای شکل دهی است، مدل به صورت سه بعدی و از نوع تغییر شکل پذیر در نرم افزار ترسیم می گردد. نمونه ای از مدل ترسیم شده در شکل 3-1 مشخص است.
-266065-52641500
شکل 3-1: مدل ترسيم شده در نرم افزار
3-3-2- تعریف مشخصات ماده
مشخصات فیزیکی و مکانیکی آلومینیوم سری 6061، به ازای دماهای مختلف، به منظور تعیین جنس ورق وپیش بینی شکل دهی آن به صورت دستی به نرم افزار داده می شود.از جمله این مشخصه ها میتوان به ضریب رسانش حرارتی، ظرفیت گرمایی، چگالی، ضریب یانگ، تنش تسلیم، ضریب انبساط حرارتی و همچنین رفتار مکانیکی ماده در محدوده پلاستیک اشاره کرد. درجدول 3-1 و جدول 3-2 مقادیر این مشخصات آورده شده است.
جدول 3-1 : مشخصات ماده ( در محدوده دمایی 37.8 تا 204.4)[37]
204.4 148.9 93.3 37.8 C˚ درجه حرارت
192 184 177 162 W/m˚C رسانش حرارتی
1028 1004 978 945 J/kg˚C ظرفیت گرمایی
2657 2667 2685 2685 Kg/m3 چگالی
59.16 63.09 66.19 68.54 GPa ضریب یانگ
218.6 248.2 264.6 274.4 MPa استحکام تسلیم
26.60 25.67 24.61 23.45 C˚μ انبساط حرارتی

جدول 3-2 : مشخصات ماده ( در محدوده دمایی 260 تا 426.7)[37]
426.7 371.1 315.6 260 C˚ درجه حرارت
223 217 207 201 W/m˚C رسانش حرارتی
1133 1104 1078 1052 J/kg˚C ظرفیت گرمایی
2602 2630 2630 2657 Kg/m3 چگالی
31.72 40.34 47.48 53.99 GPa ضریب یانگ
17.9 34.5 66.2 159.7 MPa استحکام تسلیم
3071 29.57 28.53 27.56 C˚μ انبساط حرارتی
3-3-3- اعمال شرایط مرزی
شرایط مرزی به دو صورت حرارتی و مکانیکی بر روی مدل اعمال می شود.
3-3-3-1- شرایط مرزی حرارتی
شرایط مرزی حرارتی به صورت همرفتی و تابشی بر سطح ورق اعمال می شود. همرفت براساس قانون دوم نیوتن بوده و با معادله 3-1 بیان می گردد:
3ـ1 q =hc A(Ts – T )
در این معادله، hc برابر ضریب انتقال حرارتی جابجایی، Ts برابر درجه حرارت ورق و T معادل درجه حرارت محیط است که برابرC ˚25 فرض می شود.
انتقال حرارت به صورت تابش نیز از معادله 3-2 محاسبه می شود:
3ـ2 q = 5.67×10-8 ϵ (Ts4T4)
در رابطه فوق، ϵ برابر ضریب تابش پذیری سطح است [38].
3-3-3-2- اعمال شرایط مرزی مکانیکی
به منظور جلوگیری از حرکت ورق در حین فرآیند، اعمال شرایط مرزی مکانیکی از طریق گیره بندی قطعه انجام می گیرد. به این منظور دو نوع گیره بندی یک سر گیردار و گیره بندی V شکل مرسوم است.[29]. در روش گیره بندی یک سر گیردار، یک انتهای ورق توسط گیره بسته می شود و جابجایی ورق، به منظور انجام خمش، از انتهای دیگر ورق اتفاق می افتد. در انجام آزمایش های تجربی وشبیه سازی عددی از شیوه گیره بندی یک سرگیر دار، مشابه به شکل3-2، به منظور مقید کردن حرکت مدل استفاده شده است.

شکل 3-2: گیره بندی ورق به شیوه یک سرگیردار
3-3-4- بارگذاری حرارتی
پرتو لیزر به صورت پله ای و با یک گام حرکت به سمت جلو بر روی ورق پیمایش داده می شود. بررسی های عددی نشان می دهد که بهینه گام حرکت پرتو برابر شعاع لیزر می باشد. گام کوچکتر، دقت محاسبات را کاهش می دهد. گام بزرگتر، با افزایش بی مورد زمان شبیه سازی، تاثیر چندانی در بهبود نتایج ندارد[39].درشکل 3-3، اعمال بار حرارتی نشان داده شده است.

شکل 3-3: اعمال بار حرارتی در یک مرحله از حرکت گسسته پرتو
3-3-5- شبکه بندی مدل
به منظور شبیه سازی فرآیند شکل دهی با استفاده از لیزر، از المان های نوعC3D8T (المان هشت نقطه ای کوپل حرارتی، با جابجایی سه محوره و با فرض انتگرال گیری کاهش یافته برای شبکه بندی مدل استفاده شده است. برای دستیابی به یک شبکه بندی بهینه، از تکنیک شبکه بندی ترکیبی استفاده شده است. از این رو، در نقاط بحرانی، که شامل ناحیه متاثر از حرارت می شود و عرض آن معادل پنج برابر قطر پرتو لیزر فرض می گردد، شبکه بندی متراکم انجام شده است. در مناطق غیر بحرانی، که شامل نواحی دور از ناحیه HAZ است، اندازه شبکه ها به سمت لبه های بیرونی ورق به صورت افزایشی می باشد. علاوه بر این، به منظور نمایش دقیق شیب حرارتی، از پنج المان در راستای ضخامت ورق استفاده شده است. نمونه ای از شبکه بندی ترکیبی در شکل 3-4 نشان داده شده است.

شکل 3-4: شبکه بندی ترکیبی مدل
3-4- تحلیل اجزای محدود فرآیند
نمونه ای از فرآیند شکل دهی با استفاده از پرتو لیزر بر روی ورق آلومینیوم انجام شده است. در ادامه، کانتور توزیع دمایی و جابجایی لبه آزاد ورق آورده شده است.
3-4-1- کانتور توزیع دمایی ورق
کانتور توزیع دمایی ورق در شکل 3-5، تصاویر الف تا م، نشان داده شده است. همچنان که از شکل مشخص است، شیب دمایی بزرگ در راستای ضخامت ورق عامل شکل دهی در ورق می باشد. اندازه نسبی قطر پرتو، ضخامت ورق، سرعت اسکن لیزر وتوان تنظیم شده به گونه ای است که ساز وکار شیب دمای در فرآیند غالب است.

شکل 3ـ5. الف: 0.36 ثانيه بعد از شروع فرآيند

شكل3ـ5.ب: 0.72 ثانيه بعد از شروع فرآيند

شكل3ـ5.ج: 1.08 ثانيه بعد از شروع فرآيند

شكل3ـ5.د: 1.44 ثانيه بعد از شروع فرآيند

شكل3ـ5.هـ : 1.8 ثانيه بعد از شروع فرآيند

شكل3ـ5.و : 2.16 ثانيه بعد از شروع فرآيند

شكل 3ـ5.ز : 2.52 ثانيه بعد از شروع فرآيند

شكل 3ـ5.ح : 2.88 ثانيه بعد از شروع فرآيند

شكل3ـ5.ط : 3.1 ثانيه بعد از شروع فرآيند (ابتداي مرحله سرمايش)

شكل 3ـ5.ی : 11.9 ثانيه بعد از شروع فرآيند

شكل 3ـ5.ک: 47.4 ثانيه بعد از شروع فرآيند

شكل 3ـ5.ل : 02.6 ثانيه بعد از شروع فرآيند

شكل 3ـ5.م : 350 ثانيه بعد از شروع فرآيند (اتمام فرآيند)
شكل3- 5 : كانتور توزيع دمايي ورق آلومينيوم به ضخامتmm 3،كه تحت تابش پرتو ليزر به توانW 1250 و سرعتm/min 1 در نظر گرفته شده است.
3-4-2- كانتور جابجايي ورق
كانتور جابجايي ورق در شكل 3ـ6، تصاوير الف تا م، مشخص شده است. همچنان كه از شكل مشخص است، با ادامه پيمايش پرتو بر روي ورق، بر ميزان شكل دهي نهايي افزوده مي شود.

شكل3ـ6. الف: 0.36 ثانيه بعد از شروع فرآيند

شكل3ـ6.ب : 0.72 ثانيه بعد از شروع فرآيند

شكل3ـ6.ج : 1.08 ثانيه بعد از شروع فرآيند

شكل 3ـ6.د: 1.44 ثانيه بعد از شروع فرآيند

شكل3ـ6.هـ : 1.8 ثانيه بعد از شروع فرآيند

شكل 3ـ6.و : 2.16 ثانيه بعد از شروع فرآيند

شكل3ـ6.ز : 2.52 ثانيه بعد از شروع فرآيند

شكل3ـ6.ح : 2.88 ثانيه بعد از شروع فرآيند

شكل3ـ6.ط : 3.1 ثانيه بعد از شروع فرآيند (ابتداي مرحله سرمايش)

شكل3ـ6.ی : 11.9 ثانيه بعد از شروع فرآيند

شكل3ـ6.ک : 47.4 ثانيه بعد از شروع فرآيند

شكل3ـ6.ل : 202.6 ثانيه بعد از شروع فرآيند

شكل3ـ6.م: 350 ثانيه بعد از شروع فرآيند(اتمام فرآيند)
شكل3-6: كانتور جابجايي ورق آلومينيوم به ضخامتmm 3،كه تحت تابش پرتو ليزر به توانW 1250 و سرعت m/min 1 در نظر گرفته شده است.
فصل4
روش انجام آزمایش های تجربی
4-1- مقدمه
در فصلهای گذشته، فرآیند شکل دهی فلزات با استفاده از لیزر مورد بررسی قرار گرفت. همچنین شبیه سازی عددی فرآیند به منظور بررسی اثر پارامترهای مختلف فرآیندی بر مقدار شکل دهی نهایی قطعه انجام شد. اطمینان از صحت نتایج عددی منوط به انجام آزمایش های تجربی و سپس، مقایسه نتایج تجربی و نتایج عددی می باشد.
آزمایش های تجربی بر روی ورق آلومینیوم به منظور تعیین زاویه خم بدست آمده به ازای مجموعه ای از پارامترهای فرآیندی انجام شد. نحوه انتخاب پارامترها به گونه ای است که ضمن ایجاد شیب دمایی مناسب و متعاقب آن، ایجاد زاویه خم از بروز ذوب سطحی ورقها و برش آنها جلوگیری نماید.
در این فصل نخست به تشریح تجهیزات آزمایش پرداخته شده و در ادامه، توضیحاتی بر ماهیت پرتو لیزر و مشخصات موثر آن داده خواهد شد.
4-2- تجهیزات آزمایش
4-2-1- فرآیند شکل دهی با استفاده از لیزر
4-2-1-1-آزمایش های اولیه و استفاده از ورقهای بدون پوشش
آزمایش های تجربی بر روی ورق آلومینیوم با استفاده از دستگاه لیزر پالسی دی اکسید کربن بابیشینه توان 1800W انجام شد. به دلیل جذب پایین پرتو لیزر توسط آلومینیوم و عدم پوشش دهی آن، پس از انجام چند پاس لیزر، عملا" هیچگونه تغییرشکل در ورق مشاهده نگردید. به همین دلیل در آزمایشهای بعدی، از پوشش دهی گرافیتی به منظور افزایش جذب پرتو لیزر استفاده شده است. در شکل 4-3 دستگاه لیزر مورد استفاده در آزمایشهای تجربی نشان داده شده است. همچنین، مشخصات ضریب جذب چند ماده مختلف به ازای دو طول موج لیزر در جدول 4-1 آورده شده است. طبق اطلاعات جدول، تنها دو درصد از انرژی لیزر دی اکسیدکربن توسط ورق آلومینیوم جذب می گردد.
جدول 4-1 ضریب جذب چند ماده به ازای دو طول موج مختلف لیزر‎[29]