مدل‌سازي خزش در كامپوزيت‌هاي زمينه پليمري با لايه‌چيني زاويه‌دار

كارشناسي ارشد

استفاده از مواد كامپوزيتي در طراحي سازه‌هاي هدفمند در صنايع متعدد در حال گسترش است. مواد كامپوزيتي كه از زمينه‌هاي پليمري به‌عنوان فاز نگه‌دارنده استفاده مي‌كنند، به دليل رفتار ويسكوالاستيك مواد زمينه دچار پديده‌هاي خزش و آزادسازي تنش حتي در دماهاي پايين مي‌شوند. به همين دليل لحاظ كردن پديده‌هاي فوق در طراحي سازه‌هاي كامپوزيتي از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. در اين پژوهش رفتار خزشي مواد با استفاده از مدل مادي سه‌بعدي غيرخطي شاپري به‌صورت عددي و بر اساس المان محدود، مورد بررسي قرار گرفته است. مدل ساختاري موردنظر به‌صورت يك الگوريتم بازگشتي تكرارشونده در قالب زيرروال يومت نوشته شده و در فرآيند تحليل توسط نرم‌افزار آباكوس اعمال شده است. روند فوق ابتدا براي مواد پليمري همسانگرد دنبال شد و پاسخ خزشي مربوط به آن استخراج شد. پس‌ازآن با رويكرد ميكرومكانيك و استفاده از مفهوم المان حجمي نماينده، رفتار خزشي كامپوزيت‌هاي تك‌جهته با فرض الياف الاستيك و ماتريس ويسكوالاستيك مورد ارزيابي قرار گرفت. در پايان، بر اساس ديدگاه ماكرومكانيك استفاده شده توسط ساوانت، به بررسي پاسخ خزشي كامپوزيت‌هاي تك‌جهته و چندجهته در سطوح تنش و دماهاي مختلف پرداخته شده است. مقايسه نتايج به‌دست‌آمده براي ماده پليمري با نتايج آزمون‌هاي تجربي موجود نشان مي‌دهد كه روش استفاده‌شده براي مواد همسانگرد از دقت خوبي برخوردار است به‌طوري‌كه حداكثر خطاي حاصل‌شده برابر 3 درصد مي‌باشد. همچنين نتايج استخراج‌شده در تحليل ميكرومكانيك نيز نشان‌دهنده تطابق بسيار خوب بر داده‌هاي تجربي است. در پايان، مشخص شد پيش‌بيني رفتار خزشي كامپوزيت‌ها با رويكرد ماكرومكانيك نيز با تقريب خوبي بر داده‌هاي تجربي منطبق است. با توجه به اينكه سري پروني و پارامترهاي غيرخطي در محدوده مشخصي از سطح تنش و دما به دست آمده‌اند، قابل‌استفاده در بازه دمايي و سطح تنش معيني هستند و در خارج از اين محدوده خطاي بيشتري را شامل خواهند شد. به‌طوركلي نتايج نشان مي‌دهند كه هرچه سطح تنش و همچنين دماي محيط افزايش يابد، نرخ كرنش خزشي و به دنبال آن تأثير پارامترهاي غيرخطي افزايش يافته و در برخي موارد موجب افزايش خطا تا حدود 6 درصد مي‌شود.

193077

دانشگاه علم و صنعت ايران

طراحي كاربردي (جامدات)

دكتر فتح اله طاهري بهروز