تحليل ميكرومكانيك انتقال تنش در كامپوزيت زمينه پليمري تقويت شده با سيم آلياژ حافظه دار

كارشناسي ارشد

آلياژهاي حافظه‌دار از قبيل نيكل تيتانيم به شكل سيم يا الياف كوتاه را مي‌توان جهت توليد سازه¬هاي كامپوزيتي هوشمند در ماده زمينه جاسازي نمود. به دليل استحكام ضعيف فاز مياني بين سيم SMA و زمينه، تأثير فاز مياني بر خواص مكانيكي و توزيع تنش در كامپوزيت بسيار حائز اهميت مي‌باشد. در اين پايان‌نامه، فاز مياني با خواص مكانيكي ناهمگن لحاظ شد. سپس يك مدل متقارن محوري سه استوانه‌اي جهت بررسي انتقال تنش و رفتار بين لايه‌اي ميان سيم حافظه‌دار، فاز مياني و زمينه با استفاده از آزمايش بيرون كشي ارائه‌شده است. فاز زمينه براي دو ماده مختلف شامل رزين خالص و كامپوزيتي شامل الياف و رزين اپوكسي در نظر گرفته شد. در مدل‌سازي رفتار ترموديناميكي سيم هوشمند، مدل يك‌بعدي بريسنون به‌كاررفته است. با استفاده از روش تابع تنش و اصل حداقل انرژي مكمل، توزيع تنش‌هاي داخلي در سه فاز به دست آمد. در حالت زمينه كامپوزيتي با استفاده از ماتريس نرمي خارج از صفحه‌اي معادل، مؤلفه‌هاي تنش و كرنش متوسط تعيين و سپس از روش تابع تنش استفاده شد. در حالت زمينه با رزين خالص سه تحليل براي سه مدل بارگذاري حرارتي، فاز مياني سالم و كاملاً متصل و فاز مياني تا حدي جداشده انجام شد ولي در حالت زمينه كامپوزيتي تنها مدل فاز مياني سالم و كاملاً متصل در نظر گرفته شد. تحليل المان محدود (FE) نيز جهت شبيه‌سازي انتقال تنش از سيم هوشمند به زمينه از طريق فاز مياني انجام شد. به‌منظور صحت سنجي مدل در حالت ماتريس تقويت‌شده با سيم هوشمند از نتايج عددي و نتايج كامپوزيت دوفازي و در حالت چندلايه كامپوزيتي تقويت‌شده با سيم هوشمند از نتايج عددي و نتايج حالت رزين خالص استفاده شد. با مقايسه تنش حداكثر در دو مدل فاز مياني سالم و فاز مياني تا حدي جداشده مشخص مي‌شود كه تنش محوري ميانه سيم در مدل فاز مياني سالم در دو دماي كاري و به ترتيب تقريباً 30% و 17% بيشتر از مدل فاز مياني تا حدي جداشده است. همچنين حداكثر تنش برشي مدل فاز مياني جداشده در دو دماي كاري و به ترتيب تقريباً 21% و 40% بيشتر از مدل فاز مياني سالم است. در چندلايه كامپوزيتي تأثير نوع الياف، كسر حجمي الياف و زاويه الياف بر توزيع تنش‌ها به دست آمدند. جهت بررسي تأثير نوع الياف، نتايج كامپوزيت كربن/ اپوكسي و شيشه/ اپوكسي با نتايج رزين خالص مقايسه شدند. نتايج توزيع تنش در كامپوزيت كربن/ اپوكسي از 7% براي حداكثر تنش برشي تا 80% براي تنش محوري در ميانه زمينه اختلاف داشتند. كسر حجمي الياف و زاويه الياف به ترتيب در محدوده 10% تا 70% و 10 تا 90 درجه انتخاب شدند. افزايش كسر حجمي الياف، مقدار تمامي مؤلفه‌هاي تنش را افزايش مي‌دهد، اما مقدار مؤلفه‌هاي تنش بسته به زاويه الياف مي‌توانند كاهش يا افزايش يابند.

190359

دانشگاه علم و صنعت ايران

طراحي كاربردي

دكتر فتح الله طاهري