رشد تورق در مود اول چندلايه هاي كامپوزيتي با و بدون نانو ذرات

دكتري

در رساله حاضر، رشد تورق در مود I چندلايه‌‌هاي كامپوزيتي با و بدون نانو ذرات از منظر تحليلي، عددي و آزمايشگاهي مورد بررسي قرار گرفته است. در ابتدا، با استفاده از روندي تحليلي بر پايه مدل تير اويلر – برنولي بر بستر الاستيك كه در آن بستر الاستيك از معادله ساختاري مدل ناحيه چسبناك دوخطي پيروي مي‌‌نمايد، رفتار تورقي نمونه DCB تك‌‌جهته و چندجهته مدل‌‌سازي شده است. نتايج عددي نشان مي‌‌دهند كه مدل حاضر بر پايه معادل‌‌سازي مدول خمشي چندلايه، توانسته است منحني بار – جابه‌‌جايي آزمايشگاهي نمونه‌‌هاي چندجهته را به‌‌خوبي پيش‌‌بيني نمايد. در ادامه، تأثير زواياي فصل مشترك تورق بر R-curve نمونه DCB مورد بررسي قرار گرفته است. بدين منظور، نمونه DCB با لايه‌‌چيني [011/θ//012] كه در آن θ زواياي صفر، 30، 45 و 90 درجه اختيار مي‌‌نمايد، با استفاده از لايه‌‌چيني دستي ساخته شده و آزمايش‌‌هاي تورق مطابق با استاندارد ASTM بر روي نمونه‌‌ها انجام شده است. همچنين اين نوع از چيدمان لايه‌‌ها به منظور حذف اثرات لايه‌‌چيني دوردست فصل مشترك تورق، بر رفتار تورقي نمونه‌‌هاي DCB انتخاب شده است. نتايج آزمايشگاهي نشان مي‌‌دهند كه با افزايش زاويه الياف فصل مشترك تورق، چقرمگي شكست بين‌‌لايه‌‌اي شروع، افزايش و طول ناحيه پل‌‌زني كاهش داشته است. همچنين به منظور توجيه فرآيند رشد تورق در اين نوع از نمونه‌‌ها، شكست‌‌نگاري از سطوح فصل مشترك تورق انجام گرفته است. در ادامه، قانون پل‌‌زني الياف به منظور مدل‌‌سازي المان محدود بر پايه مدل ناحيه چسبناك، براي نمونه‌‌هاي ياد شده با استفاده از روش انتگرال J استخراج شده‌‌اند. نتايج آزمايشگاهي نشان مي‌‌دهند كه با افزايش زاويه الياف فصل مشترك تورق، بيشينه تنش پل‌‌زني در اين نمونه‌‌ها افزايش يافته است. علاوه بر اين، روندي نيمه تحليلي به منظور استخراج قانون پل‌‌زني الياف براي زواياي دلخواه فصل مشترك تورق 0//θ ارائه شده و با قانون كشش – جدايش متناظر آزمايشگاهي براي هر يك از فصول مشترك تورق، مقايسه شده است. همچنين با استفاده از تحليل المان محدود و مدل آسيب هشين، تأثير آسيب درون‌‌لايه‌‌اي در لايه غيرصفر بر منحني بار – جابه‌‌جايي نمونه DCB مورد بررسي قرار گرفته است. در پايان، تأثير نانو الياف كربني و نانوسيليكا بر R-curve و همچنين مدل ناحيه چسبناك نمونه DCB تك‌‌جهته مورد بررسي قرار گرفته است. نانو الياف كربني در فاز زمينه نمونه DCB و نانو سيليكا در بخش آهار الياف شيشه مورد استفاده قرار گرفته است. نتايج نشان مي‌‌دهند كه استفاده از نانو ذرات ياد شده، توانسته است به ميزان قابل توجهي مقدار چقرمگي شكست شروع و رشد و همچنين طول ناحيه پل‌‌زني در نمونه DCB را افزايش دهد. واژه‌هاي كليدي: تورق، تير دولبه يكسر گيردار، مدل ناحيه چسبناك، قانون پل‌‌زني الياف، نانو ذرات

190105

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر محمد حيدري راراني

طراحي كاربردي - جامدات

دكتر محمود مهرداد شكريه