بررسي رفتار شكست سازه هاي قوسي كامپوزيتي كنف-پلي پروپيلن تحت بارگذاري خمشي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي نساجي

كارشناسي ارشد

كامپوزيت‌ها به دليل خواص منحصر‌به‌فرد خود از جمله نسبت استحكام به وزن بالا، مقاومت به خوردگي، قابليت طراحي متنوع و امكان بهينه‌سازي مكانيكي و حرارتي، در صنايع مختلف از جمله خودروسازي، هوافضا، ساختمان‌سازي و تجهيزات ورزشي كاربرد گسترده‌اي دارند. اين مواد با تركيب يك ماتريس پليمري، فلزي يا سراميكي با تقويت‌كننده‌هايي مانند الياف شيشه، كربن يا الياف طبيعي، عملكرد بهتري نسبت به مواد يكپارچه از يك جنس ارائه مي‌دهند. به‌ويژه، كامپوزيت‌هاي پايه پليمري تقويت‌شده با الياف طبيعي به دليل دوست‌دار محيط زيست بودن، وزن كم و هزينه توليد پايين، جايگزين مناسبي براي انواع سازه هاي فلزي محسوب مي‌شوند. در مطالعات پيشين، بررسي شكست در كامپوزيت‌ها، بيشتر بر روي نمونه‌هاي مسطح و تقويت‌شده با الياف مصنوعي مانند كربن و شيشه متمركز بوده است. برخي تحقيقات به تأثير تعداد لايه‌ها و نوع تقويت‌كننده بر چقرمگي شكست (K_Ic) و نرخ رهايش انرژي بحراني (G_Ic) پرداخته‌اند، اما در اغلب موارد، اثر هندسه نمونه، به‌ويژه قوسي بودن آن، بررسي نشده است. برخلاف مطالعات پيشين كه بيشتر بر نمونه‌هاي تخت متمركز بودند، در اين پژوهش نمونه هاي قوسي شكل كامپوزيتي كنف-پلي¬پروپيلن طراحي و توليد گرديد و به اين منظور يك دستگاه كوچك مقياس توليد نمونه قوسي شكل با استفاده از روش پرس داغ ساخته شد. از پارچه هاي تاري-پودي پلي¬پروپيلن و كنف به عنوان بخش هاي زمينه و مسلح كننده استفاده گرديد. متغير هاي مستقل اين پژوهش عبارت بودند از: شعاع قوس(15 سانتي متر و 30 سانتي متر)، تعداد لايه هاي سازنده نمونه كامپوزيتي (سه لايه و پنج لايه) و درصد فضاي باز پارچه كنفي و نمونه هاي داراي آسيب پيش ترك و بدون آسيب پيش ترك. متغير هاي پاسخ نيز شامل نتايج حاصل از انجام آزمايش خمش سه نقطه اي (نيروي بيشنه، خيز تا شكست، مدول خمشي، چقرمگي شكست و نرخ رهايش انرزي بحراني) بودند. نتايج به‌دست‌آمده نشان داد افزايش تعداد لايه منجر به افزايش 222 درصدي نيروي بيشينه، كاهش 44 درصدي خيز تا شكست و افزايش 54 درصدي مدول خمشي شده است. همچنين، افزايش ابعاد حفره باعث كاهش 56 درصدي نيروي بيشينه، افزايش 37 درصدي خيز تا شكست و افزايش 54 درصدي مدول خمشي شده است. از سوي ديگر، افزايش شعاع قوس منجر به افزايش 8 درصدي نيروي بيشينه، افزايش 7 درصدي خيز تا شكست و كاهش 31 درصدي مدول خمشي مي‌شود. افزايش تعداد لايه منجر به افزايش 90 درصدي چقرمگي شكست و 47 درصدي نرخ رهايش انرژي شده است، در حالي‌ كه افزايش ابعاد مش باعث كاهش 15 درصدي چقرمگي شكست و 54 درصدي نرخ رهايش انرژي مي‌شود. همچنين، افزايش شعاع قوس منجر به كاهش 21 درصدي چقرمگي شكست و 18 درصدي نرخ رهايش انرژي شده است. به‌منظور تحليل دقيق رفتار شكست و سطح تخريب، براي همه ي نمونه ها آزمون‌هاي ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و طيف‌سنجي مادون قرمز تبديل فوريه (FTIR) بر روي نمونه‌ها انجام شد. همچنين در اين پژوهش مطالعات مقدماتي ارزيابي اقتصادي اين ايده در مقايسه با يك روش متداول در توليد كامپوزيت ها (شيشه/ پلي استر توليد شده با روش انتقال رزين و استفاده از پمپ خلاء) انجام شد. نتيجه اين بررسي از مقرون به صرفه بودن اين روش در مقايسه با روش هايي كه خلل و فرج كمي در توليد مواد كامپوزيتي دارند حكايت دارد.

236789

فناوري نساجي

مهندسي نساجي

دانشگاه صنعتي اصفهان