مکانیک هوا فضا
سال:1397 | دوره:14 | شماره:1 (پیاپی 51) |تعداد مقالات:9

در این پژوهش از روش گسیل آکوستیکی برای مطالعه رفتار مواد مرکب پایه پلیمری الیاف کربن در زمینه اپوکسی و بررسی حوزه فرکانسی بارگذاری خمشی استفاده گردید. بدین منظور ارتباط رفتار خمشی ماده مرکب با سیگنال های ساطع شده از نمونه تحت بارگذاری بررسی گردید. بکارگیری هر دو روش تبدیل فوریه زمان کوتاه و تبدیل موجک در این پژوهش، نتیجه یکسان آن ها را با 5 درصد اختلاف در پی داشت. با استفاده از تبدیل فوریه زمان کوتاه، فرکانس بیشینه در این بارگذاری در حدود KHz 135 و با استفاده از تبدیل موجک، KHz142 تعیین گردید. محدوده زمانی رویدادهای رخ داده در نمونه تحت بارگذاری توسط نمودارهای برخط به دست آمده از سیستم آکوستیکی پایش گردید. با محاسبه مقادیر توزیع انرژی در مکانیزم های خرابی، 17% انرژی مربوط به شکست ماتریس، 29% انرژی مربوط به جدایش الیاف از ماتریس و 48% انرژی مربوط به شکست الیاف تعیین شد. در نهایت مکانیزم های شکست ماده مرکب با تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی تایید شد. مقادیر انرژی به دست آمده و محدوده های زمانی و روند صعودی نمودارها، صحت سنجی خوبی با نمودار خمشی بر جای گذاشت.

پوسته های استوانه ای تقویت شده، یکی از مهم ترین سازه ها در صنایع هوافضا می باشند. در این مقاله یک روش نیمه تحلیلی برای تحلیل پوسته های استوانه ای مدرج تابعی تقویت شده که توسط محیط الاستیک احاطه شده و تحت فشار خارجی قرار دارد، ارائه شده است. محیط الاستیک بر حسب دو پارامتر بستر الاستیک مدل پیشنهادی وینکلر-پاسترناک فرض شده است. جنس تقویت کننده ها نیز مدرج تابعی می باشد. روابط کرنش-جا به جایی با توجه به روابط غیرخطی فن کارمن و تئوری کلاسیک پوسته ها به دست آمده است. برای حل دینامیکی غیرخطی مساله از روش تقویت کننده های تکه ای و روش گالرکین استفاده شده است. با در نظر گرفتن یک عبارت سه جمله ای برای شکل خیز، رابطه فرکانس-دامنه ارتعاش غیرخطی به فرم ساده ای تبدیل می شود. پاسخ دینامیکی غیرخطی با روش رانگ کوتا مرتبه چهارم به دست می آید. رفتار کمانش دینامیکی غیرخطی پوسته های مدرج تابعی تقویت شده نیز بر اساس معیار بدیانسکی-راث بررسی می شود. اثر پارامتر هایی از جمله تقویت کننده ها، بستر الاستیک و نیروی محرکه بر منحنی ارتعاش غیر خطی فرکانس-دامنه و تاثیر میرایی و سرعت بارگذاری بر پاسخ های دینامیکی غیر خطی پوسته های استوانه ای مدرج تابعی، بررسی شده است. همچنین فرکانس های طبیعی، بار های کمانش استاتیکی و دینامیکی غیرخطی نیز محاسبه شده است.

پوسته های کامپوزیتی مخروطی در صنعت کاربرد وسیعی دارند و تحلیل پایداری آن امری ضروری می باشد. در این مقاله، پایداری پوسته مخروطی کامپوزیتی تحت فشار بار دینامیکی خارجی به کمک روش عددی و تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. در آزمایش تجربی، کامپوزیت با الیاف شیشه و زوایای 90درجه برای ساخت نمونه انتخاب و روش لایه گذاری دستی برای ساخت پوسته کامپوزیتی به کار گرفته شده است. ست آپ تست که شامل ظرف مخزن فشار و سیستم ثبت دیتا می باشد، طراحی و برای پیدا کردن بار بحرانی کمانش، تاریخچه مخزن فشار در مدت زمان بارگذاری، استفاده شده است. کمانش قطعه به کمک تغییر محسوس در روند فشار ثبت شده مشخص می گردد که به دلیل تغییر حجمی است که با کمانش، درون مخزن فشار اتفاق می افتد. برای حل عددی از نرم افزار آباکوس استفاده شده است. برای این منظور در یک زمان مشخص بارگذاری، مخروط کامپوزیتی را تحت بار دینامیکی قرار می دهیم و جابجایی یک گره خاص از آن را نسبت به زمان رسم می کنیم. سپس با تغییر مداوم بار و رسم نمودار آن بر حسب زمان، باری که در آن تغییر جابجایی نسبت به حالت قبل قابل ملاحظه بشود به عنوان بار کمانش دینامیکی ثبت می شود. در هر دو روش مطالعات تجربی و عددی، آستانه پایداری پوسته در برابر بار دینامیکی قابل تشخیص می باشد. نهایتاً نتایج با هم مقایسه شده و یک نتیجه کاربردی مشاهده شده است.

امروزه کامپوزیت های بافتی به دلیل داشتن مزایایی نظیر مقاومت بالا در برابر بارهای ضربه ای در مقایسه با کامپوزیت های تک جهته، محبوبیت زیادی برای استفاده در زمینه های مختلف از جمله صنایع هوا فضا پیدا کرده اند. با این وجود لایه های کامپوزیت بافتی به دلیل وجود تنش های بین لایه ای، حساسیت بسیار زیادی به ترک های موجود بین لایه ای و جدایش لایه ها دارند. در این راستا روش های متعدد عددی و تجربی برای بررسی خواص شکست مواد مرکب ارائه و توسعه یافته اند. در این تحقیق، شکست بین لایه ای یک ماده کامپوزیت بافتی ساخته شده از پارچه شیشه بافته با زوایای 0 و 90 درجه و زمینه اپوکسی تحت بارگذاری مود مرکب داخل صفحه I/II و با به کارگیری فیکسچر بهبود یافته مورد مطالعه قرار گرفته است. طراحی فیکسچر بهبود یافته که معایب روش های تست قبلی را برطرف کرده به گونه ای است که تست حالت های مختلف بارگذاری مود مرکب داخل صفحه، از حالت مود خالص I (زاویه 0 درجه) تا مود خالص II (زاویه 90 درجه) و هر حالت ترکیبی بین آنها را امکان پذیر می سازد. ضرایب بی بعد شدت تنش برای مود اول و مود دوم با استفاده از تحلیل اجزاء محدود توسط نرم افزار آباکوس به دست آورده شده است. نمودارهای نیرو-جابجایی از تست های تجربی فراهم شده اند و بارهای بحرانی جهت تخمین نرخ رهایی انرژی کرنشی بحرانی بین لایه ای از آنها استخراج گردیده است. نتایج نشان می دهد که ماده کامپوزیت استفاده شده در این مطالعه در شرایط بارگذاری برشی دارای چقرمگی بیشتری بوده و در بارگذاری های کششی (مود I) ضعیف تر است.

نانوکامپوزیت های زمینه پلیمری تقویت شده با نانولوله های کربنی به دلیل برخورداری از خواص مکانیکی مطلوب، مورد توجه ویژه مراکز پژوهشی و صنعتی قرار گرفته و مطالعات گسترده ای در رابطه با توسعه این مواد و بهبود خواص آن ها صورت گرفته است. بسیاری از این تحقیقات به بررسی تاثیر پارامترهای مختلف بر روی خواص این نانوکامپوزیت ها پرداخته اند. در این میان، استفاده از روش های تجربی با محدودیت هایی نظیر مشکلات ساخت و هزینه های فراوان مواجه بوده و به همین دلیل شاهد گسترش روز افزون استفاده از روش های شبیه سازی مقیاس مولکولی در مطالعه خواص و رفتار این مواد هستیم. در این تحقیق، از روش دینامیک مولکولی و میدان نیروی پی ‍ ‍ ‍ سی اف اف برای محاسبه خواص مکانیکی نانوکامپوزیت های زمینه پلیمری تقویت شده با نانولوله‍ های کربنی تک جداره استفاده شده است. برای این منظور، پلیمر اپوکسی به دلیل کاربرد گسترده در زمینه های مختلف و بهره مندی از خواص مکانیکی مناسب به عنوان زمینه در نظر گرفته شد. از آنجایی که اپوکسی از پلیمرهای دو جزئی و گرماسخت محسوب می شود، یک روش پلیمریزاسیون چهار مرحله ای به کمک دینامیک مولکولی برای ایجاد اتصالات عرضی بین مونومرها به کار گرفته شد. در مرحله بعدی، پلیمر اپوکسی و نانولوله های کربنی برای مدل سازی نانوکامپوزیت های پلیمری با کسرهای وزنی 1 تا 5 درصد مورد استفاده قرار گرفته و در نهایت ضرایب الاستیک نانوکامپوزت شامل مدول یانگ و مدول برشی به روش کرنش-ثابت محاسبه شد. نتایج شبیه سازی های دینامیک مولکولی حاکی از بهبود خواص مکانیکی پلیمر اپوکسی در اثر اضافه نمودن نانولوله های کربنی می باشد.

در این مقاله، پاسخ غیر خطی ضربه کم سرعت ورق کامپوزیتی چندلایه تقویت شده با فیبر کربن و نانولوله های کربنی در محیط حرارتی رطوبتی مورد مطالعه قرار گرفته است. خواص موثر نانوکامپوزیت سه فازی با ترکیبی از معادلات هالپین تسای و مدل میکرودینامیکی به صورت سلسله مراتبی به دست می آیند. فرض شده است نانولوله های کربنی به صورت تصادفی و یکنواخت در ماتریس پخش شده اند. تاریخچه نیرو تماس بین ضربه زننده و ورق از مدل غیر خطی هرتز پیش بینی شده است. معادلات حاکم براساس اصل کار مجازی استخراج شده و به کمک روش المان محدود و انتگرال گیری زمانی نیومارک حل می گردند. نتایج عددی نشان می دهد با افزودن مقدار کمی نانولوله کربنی (1 تا 2 درصد) به کامپوزیت های تقویت شده با فیبر کربن، بیشینه نیروی تماس افزایش پیدا کرده و مقدار نفوذ و مدت زمان تماس کاهش می یابد. همچنین مشاهده شد نانولوله ها میزان خیز ورق را در برابر ضربه را به طور قابل ملاحظه ای کاهش می دهند.

در مقاله کنونی، پاسخ ورق کامپوزیتی چندلایه ویسکوالاستیک در برابر ضربه کم سرعت ناشی از برخورد یک جسم کروی صلب، تحلیل شده است. در این راستا، فرمول بندی جدیدی از انرژی که برای تحلیل ضربه مناسب بوده و انرژی پتانسیل ناشی از فروروی ضربه زن در ورق را نیز در نظر می گیرد، برای اولین بار ارائه و استفاده شده است. در تحلیل کنونی، قانون تماس هرتز، ابتدا جهت در نظر گرفتن اثر سختی لایه های زیرین بر سختی ناحیه تماس، اصلاح شده است. مدل انتگرال سلسله مراتبی ولترا برای توصیف رفتار ویسکوالاستیک مواد به کار رفته و برای مدل سازی دقیق تر رفتار ورق، از تئوری لایه ای دارای توانایی در نظرگرفتن تغییر شکل پذیری عرضی لایه ها، استفاده شده است. برای یافتن پاسخ معادلات دیفرانسیلی-انتگرالی حاکم، از ترکیب روش های اجزای محدود، انتگرال گیری ذوزنقه ای و شیوه انتگرال گیری عددی زمانی نیومارک بهره گرفته شده است. در بخش نتایج، اثر پارامترهای گوناگون رفتار ویسکوالاستیک مواد و نیز سرعت ضربه زن بر تاریخچه های زمانی نیروی ضربه، میزان فروروی و خیز ورق مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند که به دلیل ماهیت میراسازی ساختاری مواد ویسکوالاستیک، سختی ورق و در نتیجه، نیروی ضربه، افزایش یافته ولی خیز دینامیکی بیشینه پدید آمده در ورق و میزان فروروی، کاهش می یابند. همچنین، در حالت کلی، افزایش نیروی تماس بیانگر افزایش میزان فروروی نمی باشد.

در این تحقیق تحلیل غیر خطی خمش پنل های استوانه ای کامپوزیتی تقویت شده با توزیع تابعی نانو لوله های کربنی تحت بار عرضی یکنواخت مکانیکی و گرادیان حرارتی در راستای شعاعی مورد بررسی قرار می گیرد. معادلات حاکم بر اساس تئوری برشی مرتبه اول و کرنش های غیر خطی فون کارمن استخراج شده اند. چهار نوع توزیع یکنواخت و مدرج تابعی برای نانولوله های کربنی در راستای ضخامت پنل در نظر گرفته شده است. دستگاه معادلات غیرخطی کوپل به دست آمده با استفاده از ترکیب روش های عددی رهایی پویا و اختلاف محدود برای چیدمان های مختلفی از شرایط مرزی ساده و گیردار حل گشته اند. به منظور اعتبار سنجی دقت و صحت روش حاضر، برخی نتایج به دست آمده با موارد موجود در دیگر مقالات و همچنین نرم افزار اجزا محدود آباکوس مقایسه شده است. در مطالعه پارامتری انجام شده تاثیر پارامترهایی همچون توزیع نانو لوله های کربنی، ضخامت و طول به شعاع پوسته، شرایط مرزی، کسر حجمی نانولوله ها و زاویه دهانه پنل بر جابجایی شعاعی پوسته و منتجه های تنش بررسی شده است. نتایج به دست آمده حاکی از این است که برای هر دو شرط مرزی ساده و گیردار بیشترین و کمترین مقادیر خیز بترتیب مربوط به چیدمان های O و X نانولوله های کربنی می باشند.