ارائه مدلي پيشرونده بر مبناي مكانيك خرابي محيط هاي پيوسته جهت تعيين عمر خستگي پره كامپوزيتي

كارشناسي ارشد

نسبت استحكام به وزن بالا، مقاومت خستگي عالي، مقاومت در برابر خوردگي، جهت¬دار بودن خواص مكانيكي و قابليت شكل¬پذيري، از جمله ويژگي¬هايي است كه كامپوزيت¬ها را نسبت به فلزات برتري داده است. پره توربين باد، پره فن موتور توربوفن و ملخ موتورهاي ملخي، از جمله سازه¬هايي هستند كه كامپوزيت¬ها در ساخت آن¬ها مورد توجه قرار گرفته¬اند. بارگذاري نوساني (عمدتاً ناشي از اينرسي و گرانش)، متغير و گاهاً ناگهاني (مثل برخورد پرندگان و يا تندبادها)، آن¬ها را در معرض خرابي خستگي قرار مي¬دهد. بنابراين، پيش¬بيني دقيق عمر آن¬ها از اهميت بالايي برخوردار است. در پژوهش حاضر، مدلي پيش¬رونده و چندمقياسه بر مبناي مكانيك خرابي محيط¬هاي پيوسته براي پيش-بيني عمر خستگي كامپوزيت¬ها ارائه شد. در اين مدل، رشد متغير خرابي تحت بارگذاري خستگي به ماتريس و الياف نسبت داده مي¬شود. با توجه به اينكه نتايج تجربي، تاثيرگذاري بارگذاري استاتيكي اوليه را در عمر خستگي نمونه تاييد مي¬كنند، قسمتي براي ارزيابي اثرات بارگذاري استاتيكي به مدل اضافه شد. براي اين قسمت از مدل خرابي باربرو استفاده گرديد. مدل خرابي باربرو در مقياس مزو و مدل خرابي خستگي در مقياس مايكرو ارائه شده است. از اين¬رو براي تركيب اين دو مدل، سفتي افت¬يافته در مدل خرابي باربرو قبل از شروع چرخه¬هاي خستگي، به عنوان سفتي اوليه در مدل خرابي خستگي در نظر گرفته شد. با اجراي اين روش براي نمونه شبه-همسانگرد، نتايج شبيه¬سازي به ميزان قابل توجهي بهبود يافت و عمر پيش¬بيني شده به ميانگين مقادير تجربي نزديك گشت. اين در حالي است كه مدل خستگي بدون تاثير خرابي استاتيكي عمر نمونه را دست بالا پيش¬بيني مي¬كرد. اين نتايج نشان داد كه نمي¬توان از اثرات بارگذاري اوليه قبل از شروع چرخه¬هاي خستگي صرف¬نظر كرد. مدل خرابي باربرو داراي ايراداهايي بود كه نتايج مدل را از نتايج آزمايشگاهي دور مي¬كرد. اين ايرادها به سه دسته تقسيم مي¬شوند: ايرادهاي نگارشي، ايرادهاي بنيادي (منظور ايراد در فرض¬ها، تعاريف و يا توابع) و ايراد در مشخصه¬يابي. براي برطرف كردن اين ايرادها، راهكارهايي ارائه گرديد. بعد از اعمال اصلاحيه¬ها، نتايج مدل با نتايج تجربي در لايه¬چيني¬هاي مختلف مقايسه شد. نتايج مدل در لايه¬چيني S[±45] و S[0/±45/90] از دقت بالايي برخوردار است. در لايه¬چيني S[±10] و S[±22.5]، با اينكه داده¬هاي تجربي به منحني نتايج مدل نزديك است، اما مدل خرابي حاضر، در پيش¬بيني نقطه شكست اين لايه¬چيني¬ها با نتايج تجربي اختلاف دارد. علت اين اختلاف ناشي از غالب بودن مكانيزم خرابي جدايش بين¬لايه¬اي در اين لايه¬چيني¬ها است.

196140

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي هوافضا-سازه هاي هوايي

بيژن محمدي سنگجوئي