تحليل تجربي و عددي رفتار بالستيك كامپوزيتهاي تركيبي پر شده با نانوصفحات اكسيدگرافن

دكتري

در اين رساله، اثر تركيب نمودن چندلايه‌هاي كربن با لايه‌هاي كولار و شيشه و افزودن نانوصفحات اكسيدگرافن به ماتريس، براي بهبود جذب انرژي چندلايه تحت ضربه‌ي بالستيك بررسي و تحليل شده است. در ابتدا الگوريتمي براي مدل‌سازي و تحليل رفتار چندلايه‌هاي كامپوزيتي تركيبي توسعه داده شده است. الگوريتم ارائه شده مبتني بر شبيه‌سازي چندمقياسي، آزمايش‌هاي مشخصه‌يابي و ضربه‌ي‌ بالستيك و نيز پيش‌بيني سرعت باقي مانده‌ي پرتابه بر اساس شبكه‌ي عصبي مصنوعي مي‌باشد. شبيه‌سازي چند مقياسي فرايند نفوذ در كامپوزيت با در نظر گرفتن مكانيزم‌هاي مختلف آسيب در مقياس مزو انجام شده است. همچنين رفتار دسته‌ي الياف و ماتريس با استفاده از مدل‌هاي مادي و آسيب وابسته به نرخ كرنش مدل‌سازي شده است. پارامترها با استفاده از آزمايش مجازي در مقياس ميكرو و آزمايش‌هاي مشخصهيابي بر روي دسته‌ي الياف و ماتريس در مقياس مزو تعيين گرديده است. مشخص شد كه استفاده از لايه‌هاي تركيبي و موقعيت قرارگيري آن‌ها تأثير قابل توجهي بر بهبود جذب انرژي چندلايه‌ي پايه از جنس كربن دارد. استفاده از چندلايه‌ي تركيبي بهينه منجر به %135 افزايش در جذب انرژي با تنها %9 افزايش در جرم آن نسبت به چندلايه‌ي ساخته شده از الياف كربن گرديده است. الگوريتم توسعه داده شده در اين رساله مي‌تواند به عنوان روشي كارآمد، قابل اعتماد و در عين حال كم هزينه براي مدل‌سازي و تحليل كامپوزيت‌هاي تركيبي تحت بارگذاري ضربه‌ي بالستيك مورد استفاده قرار گيرد. در ادامه، اثر افزودن نانوصفحات اكسيدگرافن به ماتريس چندلايه‌ي تركيبي بهينه در برابر ضربه‌ي بالستيك مطالعه و بررسي شد. مطابق نتايج آزمايش ضربه‌ي بالستيك افزودن %25/0 و %5/0 وزني نانوصفحات اكسيدگرافن به كامپوزيت تركيبي بهينه، به ترتيب موجب %3/7 و %1/22 بهبود در جذب انرژي چندلايه گرديد. علاوه بر آن الگوي آسيب ايجاد شده در چندلايه‌هاي تقويت شده با نانوصفحات اكسيدگرافن در مقياس‌هاي مختلف ماكروسكوپيك، مزوسكوپيك و ميكروسكوپيك شناسايي شد. در مقياس ماكروسكوپيك افزايش آسيب در سطح پشتي چندلايه‌ها با افزودن %25/0 و %5/0 وزني نانوصفحات اكسيدگرافن، در مقياس مزوسكوپيك كاهش تورق و توقف رشد ترك در ماتريس و در مقياس ميكروسكوپيك تغيير در ميكرومكانيزم‌هاي آسيب مشاهده و تحليل شد.

196419

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي مكانيك

دكتر هادي خرمي شاد