مدل‏‏‌سازي رشد تورق در مود تركيبي I/II كامپوزيت‏‌هاي لايه‌اي پليمري با وجود نانوذرات

كارشناسي ارشد

در تحقيق حاضر به بررسي تجربي و عددي شروع و رشد تورق در كامپوزيت‌هاي لايه‌اي ساخته‌شده از الياف شيشه و رزين اپوكسي تحت بارگذاري در مود تركيبي I/II پرداخته شد. نمونه‌هاي تير دولبه‌ي يكسرگيردار نامتقارن (ADCB) با نسبت مودي 14/735 % به روش لايه‌چيني دستي ساخته شدند. نمونه‌هاي مذكور داراي چيدمان [07 / 0 // تتا / 015] بوده و جهت لايه‌ي شانزدهم، 0، 30، 45، 60 و 90 درجه در نظر گرفته شد. تغيير جهت الياف در لايه‌ي زيرين ترك اوليه به منظور حذف اثرات چيدمان لايه‌هاي دور از فصل مشترك تورق انجام شد. در نمونه‌هاي تك‌جهته‌ي حاوي نانوذره، چهار ناحيه‌ي بين‌لايه‌اي در اطراف فصل مشترك تورق به وسيله‌ي نانوالياف كربن تقويت شد. با انجام آزمايش تورق، نمودار بار - جابه‌جايي نمونه‌هاي ADCB استخراج شد. جهت استخراج كامل نتايج آزمايش، مقادير دو كميت طول ترك و جابه‌جايي محلي نوك ترك اوليه با استفاده از روش پردازش تصاوير استخراج گرديد. مقادير نرخ رهايي انرژي كرنشي نمونه‌هاي ADCB به روش تئوري تير اصلاح‌شده محاسبه شد و منحني مقاومت نمونه‌ها استخراج گرديد. نتايج حاصل از آزمايش نشان داد كه استفاده از نانوالياف كربن در ناحيه‌ي اطراف ترك، تأثير چنداني بر نمودار بار - جابه‌جايي و منحني مقاومت نمونه‌ي تك‌جهته نداشته است. علاوه بر اين، براساس نتايج حاصل از آزمايش، مقادير چقرمگي شكست شروع و رشد براي چندلايه‌هاي داراي جهت الياف غيرصفر در لايه‌ي زيرين ترك بيشتر از چندلايه‌هاي تك‌جهته است. اين روند براي پارامتر طول ناحيه‌ي پل‌زني به صورت معكوس است. اين امر به علت غلبه‌ي مكانيزم جدايش الياف از سطح بر مكانيزم طول ناحيه‌ي پل‌زني در چندلايه‌هاي داراي جهت الياف غيرصفر در لايه‌ي زيرين ترك به وقوع مي‌پيوندد. قانون كشش - جدايش آزمايشگاهي نمونه‌هاي ADCB براساس روش انتگرال J استخراج شد. بنابر روابط و محدوده‌هاي ارائه‌شده در مراجع و نتايج مدل‌سازي‌هاي عددي، محدوده‌ي تغييرات پارامترهاي قانون كشش - جدايش چهارخطي مشخص شد. علاوه بر اين، تأثير تغيير مقدار پارامترها در محدوده‌ي تعيين‌شده بر رفتار نمودار بار - جابه‌جايي نمونه‌هاي ADCB به صورت كيفي و كمي بررسي شد. در ادامه، فرآيند بهينه‌سازي به روش الگوريتم ژنتيك اجرا شده و پارامترهاي مجهول قانون كشش - جدايش چهارخطي استخراج گرديد. با توجه به مشكلات موجود در فرآيند بهينه‌سازي ژنتيك، يك روش پيشنهادي جامع، داراي دقت مناسب و ساده‌تر از الگوريتم بهينه‌سازي ژنتيك ارائه شد. در ادامه، پارامترهاي مجهول قوانين سه‌خطي و چهارخطي با استفاده از روش پيشنهادي استخراج گرديد. مدل‌سازي عددي نمونه‌هاي ADCB با استفاده از كدنويسي يومت قوانين كشش - جدايش مختلف انجام شد و نمودارهاي بار - جابه‌جايي حاصل از روش‌هاي آزمايشگاهي، بهينه‌سازي ژنتيك و پيشنهادي استخراج گرديدند. در ادامه، نتايج حاصل از روش آزمايشگاهي به عنوان مبنا در نظر گرفته شده و به بررسي نمودارهاي كشش - جدايش و بار - جابه‌جايي حاصل از سه روش مذكور پرداخته شد. نتايج حاصل از بررسي نشان داد كه قانون چهارخطي روش پيشنهادي نسبت به قانون سه‌خطي اين روش، تخمين دقيق‌تري را از شكل كلي نمودارهاي كشش - جدايش و بار - جابه‌جايي ارائه مي‌كند. علاوه بر اين، نمودارهاي كشش - جدايش و بار - جابه‌جايي حاصل از قوانين چهارخطي روش‌هاي پيشنهادي و بهينه‌سازي ژنتيك نزديك به هم بودند. لذا با توجه به مزاياي پرشمار قانون چهارخطي روش پيشنهادي از جمله سهولت استفاده و صرفه‌جويي در زمان، مي‌توان نتيجه گرفت كه روش مذكور در پيش‌بيني شكل كلي نمودارهاي كشش - جدايش و بار - جابه‌جايي آزمايشگاهي، بهينه‌تر از ساير روش‌ها عمل مي‌كند.

188990

دانشگاه علم و صنعت ايران

طراحي كاربردي شاخه مكانيك جامدات

دكتر محمود مهرداد شكريه