اثر نرخ بارگذاري در مود اول رشد تورق در كامپوزيت‌هاي لايه‌اي پليمري با يا بدون نانو ذره

دكتري تخصصي

هدف اصلي رساله حاضر بررسي تجربي و عددي اثر نرخ بارگذاري در تورق مود اول كامپوزيت‌هاي تك جهته است. به اين منظور آزمايش نمونه DCB در محدوده نرخ‌هاي متوسط بارگذاري تا بيشينه مقدار 200 ميلي‌متر بر ثانيه بر روي كامپوزيت شيشه/اپوكسي و بيشينه مقدار 400 ميلي‌متر بر ثانيه بر روي كامپوزيت كربن/اپوكسي انجام گرفته است. هم‌چنين در راستاي تقويت چندلايه شيشه/اپوكسي در برابر رشد تورق، اثر افزودن نانوالياف كربني به فاز زمينه و ارزيابي رفتار كامپوزيت تقويت شده در معرض نرخ‌هاي بارگذاري مختلف مورد توجه واقع شده است. نتايج آزمايشگاهي نشان داد كه با افزايش نرخ بارگذاري تا مقدار 200 ميلي‌متر بر ثانيه، چقرمگي شكست بين‌لايه‌اي پايا در كامپوزيت‌هاي شيشه/اپوكسي فاقد نانوذرات بيش از 21% كاهش يافته است. در اثر افزودن نانوالياف كربني نه تنها چقرمگي شكست كامپوزيت شيشه/اپوكسي افزايش داشته، بلكه تضعيف شوندگي آن با افزايش نرخ بارگذاري كم‌تر شده است. بيشينه كاهش چقرمگي شكست حالت پايا در كامپوزيت‌هاي شيشه/اپوكسي حاوي نانوذرات تنها 8% بوده است. بررسي‌هاي شكست‌نگاري صورت گرفته به خوبي ارتباط بين اثر نرخ بارگذاري و اثر افزودن نانوالياف را با سازوكارهاي آسيب حاكم از جمله پل‌زني الياف نشان مي‌دهد. در مورد كامپوزيت‌هاي كربن/اپوكسي هم كاهش حدوداً 17% چقرمگي شكست با افزايش نرخ بارگذاري تا مقدار 400 ميلي‌متر بر ثانيه مشاهده شده است. در بررسي رفتار اين كامپوزيت، علاوه بر روش‌هاي داده‌كاهي مرسوم، از يك روش متفاوت كه اخيراً براي مشخصه سازي تورق تحت بارگذاري خستگي پيشنهاد شده، استفاده گرديده است. در اين تحقيق كاربرد روش مذكور در بررسي اثر نرخ بارگذاري در بارگذاري فزاينده توسعه داده شده است.در نهايت استفاده از مدل‌هاي ناحيه چسبناك به عنوان روشي كارآمد براي مدل‌سازي رشد تورق دنبال شده است. ابتدا قانون تجربي پل‌زني الياف به روش انتگرال J محاسبه شده كه مقايسه نتايج براي نرخ‌هاي بارگذاري مختلف حاكي از كاهش بيشينه تنش پل‌زني با افزايش نرخ بارگذاري است. اين يافته مبنايي براي توسعه يك مدل نوين ناحيه چسبناك وابسته به نرخ قرار گرفته است. بر خلاف مدل‌هاي ناحيه چسبناك وابسته به نرخ پيشين، مدل پيشنهادي اثر پل‌زني الياف را در نظر گرفته و قابليت آن براي شبيه‌سازي رشد تورق به كمك نتايج مطالعات تجربي صحه‌گذاري شده است.

204580

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي مكانيك

پروفسور محمود مهرداد شكريه