بررسي تجربي و شبيه‌سازي رفتار سازههاي مركب تقويت‌شده با پارچه‌هاي حلقوي پودي سه‌بعدي چندسلولي تحت ضربه با سرعت پايين

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي نساجي

دكتري

امروزه جستجوي متخصصان براي جايگزين كردن مواد بهتر و جديدتر با ظهور و پيدايش سازه هاي مركب تقويت‌شده با منسوجات سه‌بعدي در مرحله‌ي جديد و ويژه‌اي قرارگرفته است. اگرچه منسوجات حلقوي-پودي قابليت‌هاي طراحي منحصربه‌فردي مانند انعطافپذيري بالا در طراحي و امكان توليد ساختارهاي سه بعدي يكپارچه با هندسه هاي پيچيده دارند، اما به دليل كشساني زياد، كمتر در سازه‌هاي مركب استفاده مي‌شوند. شايد اين ويژگي در وهله ي اول، عاملي منفي درخصوص عملكردهاي كاربردي مكانيكي در ساختارهاي مركب سه بعدي حاصل از آنها به نظر برسد اما از ديدگاه مقاومت در برابر نيروهاي ضربه اي، مي‌تواند امري بسيار مطلوب باشد. چرا كه در اين نوع بارگذاري، اين ويژگي ساختاري باعث افزايش سطح آسيب و به دنبال آن، كاهش عمق نفوذ شكست در اين سازه ها مي‌گردد. پارچه‌هاي سه‌بعدي حلقوي-پودي، سازه‌هايي كاملاً يكپارچه هستند كه از آرايش يافتگي هاي چندمحوره ي درون صفحه اي و خارج از صفحه اي برخوردارند. درنتيجه، سازه هاي مركب توليد شده از اين ساختارها، در كنار سبك بودن، ازلحاظ عدم جدايش هسته از پوسته و خواص مكانيكي مانند مقاومت در برابر ضربه، عملكرد بسيار مؤثرتري خواهند داشت. براين اساس، رساله ي حاضر با هدف توليد منسوجات حلقوي-پودي سه بعدي چندسلولي و مدل‌سازي رفتارمكانيكي سازه ي مركب حاصل از آن ها، تعريف شده است. اين ساختارهاي حلقوي نوظهور، نوع جديدي از منسوجات سه‌بعدي هرمي شكل با هندسه هاي مختلف مكعبي، مثلثي و الماسي در جهت ضخامت و هسته هستند كه سازه هاي مركب حاصل از آنها به‌صورت تجربي تحت بارگذاري هاي فشاراستاتيكي و ضربه باسرعت كم قرار گرفتند و با سازه هاي مركب تقويت شده با منسوجات حلقوي-پودي فاصله دار مقايسه شدند تا رفتار مكانيكي آنها ارزيابي گردد و نتايج به دست آمده در نهايت براي شبيه سازي مدل اجزاي محدود به كاررود. آزمون‌هاي تجربي بر مبناي بررسي اثرات ناشي از بارگذاري هاي فشاري و ضربه باسرعت كم با درنظرگرفتن بررسي عوامل ساختاري مانند اثر نوع هندسه، كسر حجمي الياف و ارتفاع سازه ها انجام شدند. مقايسه ي نتايج تجربي نشان داد كه سازه هاي مركب هرمي شكل نسبت به سازه هاي مركب فاصله دار يك افزايش چشمگير 50/47 درصدي در كسرحجمي الياف دارند و 28/66 درصد بيشينه ي نيروي فشاري، 25/52 درصد بيشينه ي نيروي ضربه اي، 57/90 درصد جذب انرژي فشاري و 14 درصد جذب انرژي ضربه اي را بهبود مي بخشند. در نهايت، پيش بيني رفتار مكانيكي سازه ها با كمك روش اجزاي محدود چندمقياسي در قالب يك نرم افزارطراحي شده شامل به كارگيري تحليل اجزاي محدود در مقياس ميكروساختار، مزوساختار و ماكروساختار با كمك برنامه نويسي به زبان پايتون شامل مراحل همگن سازي، محلي سازي و پيش بيني شروع آسيب با كمك تعيين داده هاي معيارشكست هاشين در سازه هاي مركب، صورت گرفت. همچنين امكان پيش‌بيني استحكام سازه هاي مركب و شناسايي مناطق بحراني در مقياس مزوساختار نمونه نيز با استفاده از اين نرم افزار فراهم گرديد. نرم افزار طراحي شده ي مبتني بر روش اجزاي محدود توانست داده هاي استحكام فشاري و كششي براي معيارآسيب هاشين را با خطاي كمتر از 10 درصد، داده هاي نيروي فشاري براي سازه هاي مركب فاصله دار و هرمي شكل را به ترتيب با خطاهاي كمتر از 5 و 20 درصد و داده هاي نيروي تماس ضربه اي براي سازه هاي مركب فاصله دار و هرمي شكل را به ترتيب با خطاهاي كمتر از 4 و 8 درصد پيشبيني نمايد.

237201

تكنولوژي نساجي

مهندسي نساجي

دانشگاه صنعتي اصفهان