مطالعه تجربي و عددي عملكرد فشاري و خمشي سازه ساندويچي كامپوزيتي هسته خرپايي با آرايش هاي گوناگون

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندس نساجي

دكتري

سازه¬هاي ساندويچي كامپوزيتي داراي هسته خرپايي (سازه خرپايي) در دهه اخير توجه بيشتر پژوهشگران را به خود جلب كرده است. سازه¬هاي خرپايي ويژگي¬هايي نظير سفتي و مقاومت بالا در چگالي¬هاي خيلي پايين، فضاي خالي در دسترس براي جابهجايي سيال يا سيم¬كشي و امكان افزودن توانايي چندمنظوره دارند. بنابراين، سازه¬هاي خرپايي براي كاربردهاي سبك¬وزن در صنعت¬هاي گوناگوني مانند هوافضا، خودروسازي، دفاعي و حمل و نقل مناسب هستند. در نخستين گام، يك روش ساخت مناسب از ميان سه روش ساخت جابه¬جايي نخ ميان دو پارچه¬، جابه‌جايي نخ ميان دو صفحه پلكسي و قالب¬گيري حذف¬شونده انتخاب شد. در گام دوم، سعي شد تا بهترين الگوي قرارگيري ساق¬هاي خرپا مشخص گردد. نتايج آزمون فشار صفحه¬اي نشان داده كه الگوي قرارگيري متداخل سفتي و مقاومت فشاري بالاتري نسبت به الگوي قرارگيري مماسي (تقريبا 5/1 تا 2 برابر) نشان داده است. افزون¬براين، آسيب جدايي ساق از ساق در مركز ساختار كاگوم براي الگوي قرارگيري متداخل مشاهده نشد. اختلاف ميان داده¬هاي آزمايشگاهي و مدل نظري با اصلاح چگونگي جابه‌جايي نخ ميان ساق¬هاي خرپايي و همچنين تقويت پايه ساق خرپا كاهش يافت. براي نمونه، اختلاف ميان داده آزمايشگاهي و نظري مقاومت فشاري از %346 به %11 كاهش يافت. با به¬كارگيري راهكارهاي ارائه شده، سازه¬هاي خرپايي زير بارگذاري فشار صفحه¬اي به دليل شكست ساق آسيب ديدند كه نشان¬دهنده يك رفتار ايده¬آل فشاري است. افزون¬براين، بهبود %11 مقاومت فشاري سازه خرپايي با به¬كارگيري ساختار تقويت¬كننده تركيبي بريد-تك¬جهته حاصل شد. سفتي و مقاومت فشاري ويژه سازه خرپايي با تقويت آرايش خرپايي كاگوم با چهار ساق (RK4) به¬ترتيب به اندازه %94 و %56 افزايش يافت. افزون¬بر¬اين، ويژگي-هاي خمشي ويژه آرايش خرپايي RK4 نسبت به آرايش خرپايي كاگوم به اندازه 23% تا 56% بهبود يافت. يك شبيه¬سازي اجزاي محدود بر پايه هندسه واقعي سازه خرپايي پيشنهاد گرديد. يك زيربرنامه VUMAT با استفاده از معيار هاشين سه¬بعدي براي پيش¬بيني شروع آسيب و روش تضعيف المان براي رشد آسيب آماده شد. رفتار فشاري و خمشي سازه¬هاي خرپايي به‌خوبي توسط شبيه¬سازي اجزاي محدود پيش¬بيني شد. گرچه، در برخي از موارد، اختلاف نسبتا قابل توجهي ميان ويژگي¬هاي پيش¬بيني شده و آزمايشگاهي وجود دارد. احتمال چرخش پوسته بالا هنگام انجام آزمون فشار، كمانش آرايش خرپايي پيش از شكست، پراكندگي نايكنواخت الياف كربن در سطح مقطع پايه ساق، كسر حجمي الياف متغير در امتداد طولي ساق و عيب¬هاي ساختاري پديده آمده هنگام فرآيند ساخت از ريشه¬هاي اختلاف ميان داده¬هاي شبيه¬سازي و آزمايشگاهي است. در مجموع، ويژگي¬هاي فشاري و خمشي سازه¬هاي ساندويچي خرپايي ساخته شده قابل مقايسه با يافته¬هاي ديگر پژوهشگران است و همچنين توانايي رقابت با ساختار لانه¬زنبوري را دارد.

224093

تكنولوژي

مهندسي نساجي

دانشگاه صنعتي اصفهان