شبيه‌سازي مكانيزم‌هاي اتلاف انرژي در استخراج نرخ رهايي انرژي كرنشي بحراني بين‌لايه‌اي در فصل مشترك متعامد چندلايه‌هاي كامپوزيتي

كارشناسي ارشد

تورق يا جدايي بين‌لايه‌اي به علت عدم وجود تقويت‌كننده در راستاي ضخامت، به عنوان مهمترين مكانيزم خرابي در كامپوزيت‌هاي لايه‌اي معرفي شده است. دانش نسبتا محدود موجود در زمينه‌ي پديده‌ي رشد ترك بين لايه‌اي منجر به طراحي‌هاي محافظه‌كارانه شده‌است كه سبب از دست رفتن برخي مزاياي كامپوزيت‌ها مي‌شود. به منظور بهره برداري كامل از ويژگي‌هاي مفيد كامپوزيت‌ها نياز است پديده‌ي تورق به طور موشكافانه توسط محققين اين حوزه بررسي شود. در پژوهش حاضر هدف كمي‌سازي اثرات مكانيزم‌هاي اتلاف انرژي در پديده‌ي رشد ترك بين‌لايه‌اي در كامپوزيت‌هاي لايه‌اي است كه باعث افزايش ظاهري مقدار چقرمگي شكست اين كامپوزيت‌ها مي‌شوند. به منظور بررسي اين پديده‌ي نسبتا پيچيده، لايه‌چيني‌هاي [0]12، [0/90]6 و [05/90/06] ساخته شده با الياف كربن و زمينه‌ي اپوكسي با دو رهيافت آزمايشگاهي و تحليلي مورد بررسي قرار خواهند گرفت. همچنين با استفاده از تصوير برداري SEM تحليل سطوح شكست در دستور كار قرار گرفت. در قسمت تجربي، نتايج بيانگر افزايش مقدار چقرمگي شكست بين‌لايه‌اي لايه‌‌چينيهاي متعامد نسبت به لايه‌چيني تك‌جهته است. با توجه به مشاهدات انجام شده مي‌توان گفت علت اين افزايش تفاوت لايه‌چيني‌ها در نحوه و شكل وقوع مكانيزم‌هاي جذب و اتلاف انرژي (اصطلاحا مكانيزم‌هاي سخت‌شوندگي) از جمله رشد زيگزاگي ترك و پل‌زني الياف است. در لايه‌چيني تك‌جهته مكانيزم رشد زيگزاكي ترك مشاهده نمي‌شود و نسبت به لايه‌‌چينيهاي متعامد تعداد الياف پل‌زده به مراتب كمتر است. در بخش تحليلي با استفاده از مطالعات گذشته يك توزيع نيرو براي ناحيه‌ي پل‌زده در نظر گرفته مي‌شود. سپس با استفاده از تحليل تير ساده رابطه‌اي بين پارامترهاي مختلف دخيل در رشد ترك ارائه مي‌شود و در نهايت با استفاده از روش انتگرال J مقدار انرژي اتلاف شده توسط مكانيزم پل‌زني الياف محاسبه مي‌شود. در قسمت آخر از اين بخش روشي براي كمي سازي اثر مكانيزم رشد زيگزاگي ترك ارائه مي‌شود كه اين تاثير در حدود 10 درصد در افزايش مقدار چقرمگي شكست محاسبه شده‌است. با حذف اثرات مكانيزم هاي اتلاف انرژي از نمودار-R استخراج‌شده از آزمايش مشاهده مي‌شود كه رفتار سخت شوندگي نمودار تا حد قابل قبولي از بين مي‌رود كه مي‌تواند تاييدكننده‌ي فرضيه‌ي مادي بودن پارامتر چقرمگي شسكت در كامپوزيت‌هاي لايه‌اي باشد.

193130

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي مكانيك

دكتر بيزن محمدي