تحليل عددي و تجربي ميكرومكانيكي آسيب در مواد مركب الياف بلند اپوكسي/شيشه به روش هم‌هندسي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

دكتري

ميكرومكانيك محاسباتي ابزاري كار‌آمد براي تحليل و طراحي مواد به ‌‌ويژه مواد مركب است. به كمك اين روش مي‌‌توان تاثير متغيرهاي مختلف مانند نسبت‌‌هاي حجمي، توزيع الياف در زمينه، حفره و ريز ترك را بر شكل‌‌گيري و رشد آسيب و تاثير آن بر رفتار مكانيكي مواد مركب بررسي ‌‌كرد، كه اين كار معمولا به كمك روش المان محدود كلاسيك صورت مي‌‌پذيرد. با اين حال به ‌‌كارگيري روش‌‌هاي جديدتر در شبيه‌‌سازي‌‌هاي ميكرومكانيكي كه بتواند نقاط ضعف روش‌‌هاي مرسوم را برطرف نمايد، مي‌‌تواند گامي رو به جلو در توسعه اين روش تلقي گردد. در اين راستا در پژوهش حاضر تلاش شده‌است با كمك گرفتن از قابليت‌‌هاي توابع نربز، يك روش مدل‌‌سازي هم‌هندسي مناسب براي شبيه‌سازي سه بعدي ‌ميكرومكانيك آسيب ماده مركب شيشه/اپكسي با الياف بلند ارائه‌ شود. اين مدل كه در محيط نرم افزار متلب برنامه نويسي شده، برمبناي چند تكنيك گام به گام بر اساس ويژگي‌‌هاي توابع نربز گسترش يافته كه قادر است مشخصه‌‌هاي هندسي و رفتاري ماده مركب مانندِ ناهمگني، جدايش الياف و زمينه و اشكال مختلف حباب را لحاظ كرده و همزمان يك مدل‌‌ هندسي و تحليلي مناسب براي المان حجمي نماينده ارائه نمايد. نتايج نشان مي‌‌دهد، مدل هم‌‌هندسي تك‌‌وصله ارائه شده مزاياي قابل توجهي نسبت به روش مرسوم المان محدود و روش هم‌‌هندسي چندوصله برخوردار است كه از جمله‌‌ آن‌‌ها مي‌‌توان به قابليت ترسيم دقيق هندسه اجزاي تشكيل‌‌دهنده، پارامتري شدن دامنه حل، كاهش و تسريع مراحل آماده‌‌سازي مدل، قابليت اصلاح جزئيات هندسي بدون نياز به شبكه بندي مجدد و عدم نياز به قيد‌‌هاي جفت ‌‌شدگي پيچيده اشاره كرد. همچنين به دليل تك‌وصله بودن مدل ارائه‌شده، امكان به‌‌كارگيري روش هم‌‌هندسي براي المان حجمي نماينده به ‌‌نسبت بزرگ‌ را ميسر كرده است. به منظور شبيه‌سازي آسيب در ماده مركب، مدل المان چسبنده براي لحاظ نمودن جدايش سطح مشترك الياف و زمينه و يك مدل ساختاري آسيب وابسته به فشار هيدرواستاتيك براي پيش‌‌بيني شكست در ماده زمينه به كار گرفته‌‌ شده‌‌است. با اين حال بررسي‌‌هاي انجام شده نشان داد كه مدل‌‌هاي آسيب وابسته به فشار هيدرواستاتيك موجود، در هنگام موضعي شدن آسيب با مشكلاتي مثل عدم سازگاري نتايج شبيه‌‌سازي با پارامترهاي ورودي و يا حساسيت غيرواقعي به اندازه المان‌‌هاي شبكه مواجه هستند. از اين رو به توسعه يك مدل آسيب وابسته به فشار هيدرواستاتيك جديد براي مواد ترد اقدام گرديد. بررسي نتايج بدست آمده از يك نمونه ميله مستقيم كه آسيب در آن موضعي شده است، نشان داد كه مدل ارائه شده مي‌‌تواند در بارگذاري‌‌هاي ساده اين مسائل را به خوبي برطرف نمايد و نتايج قابل قبولي از لحاظ حساسيت نتايج به اندازه المان‌‌هاي شبكه در بارگذاري‌‌هايي تركيبي ارائه كند. به كمك مدل هم‌‌هندسي تك‌وصله جديد و مدل ساختاري آسيب پيشنهاد شده براي ماده زمينه، شبيه‌‌سازي‌‌هاي ميكرومكانيكي صورت پذيرفت و پاسخ‌‌هاي به‌دست آمده مورد بحث و بررسي قرار گرفت. نتايج حاصل به خوبي مزاياي كاربرد مدل هم‌‌هندسي ارائه شده را بيان كرده و حاكي از مطابقت نتايج حاصل از شيبه‌‌سازي‌‌هاي انجام شده با نتايج عددي و تجربي است.

233370

طراحي كاربردي - مكانيك جامدات

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان