علوم و فناوری کامپوزیت
سال:1394 | دوره:2 | شماره:2 |تعداد مقالات:8

در این تحقیق، شروع و پیش روی آسیب در چندلایه های کامپوزیتی AS4/PEEK با سوراخ مرکزی تحت بار کششی درون صفحه ای با استفاده از تحلیل اجزاء محدود بررسی شده است. به منظور بررسی شروع آسیب در لایه های کامپوزیتی از معیارهای هشین استفاده شده است. همچنین به منظور تعیین مکانیزم های گوناگون تخریب درون صفحه ای مدل آسیب پیش رونده هشین در چندلایه های کامپوزیتی مذکور استفاده شده است. مدل سازی شروع و رشد تورق در بین لایه های کامپوزیت با استفاده از مدل ناحیه چسبناک صورت گرفته است. در این تحلیل، شبیه سازی ها با به کارگیری نرم افزار آباکوس صورت گرفته است که تمامی مدل های تخریب استفاده شده نیز در آن موجود است. نکته قابل توجه در این روش این است که با استفاده از معیارهای تخریب به طور هم زمان تمام مکانیزم های تخریب درون صفحه ای و همچنین تورق مدل شده اند. مقایسه نتایج عددی مدل اجزاء محدود حاضر، با نتایج آزمایشگاهی محققین دیگر نشان می دهد که با به کارگیری مدل ناحیه چسبناک به منظور شبیه سازی تورق، می توان منحنی بار-جابه جایی استخراج شده در آزمایش مذکور را با دقت بیشتری پیش بینی نمود. همچنین الگوهای آسیب درون لایه ای و بین لایه ای بین لایه ها، به دست آمده از مدل حاضر، در حین بارگذاری ارانه شده است.

استفاده از کامپوزیت های دندانی و استخوانی پایه پلیمری از جنس پلی متیل متا اکریلات به سبب سازگاری مناسب بیولوژیکی با بدن و استحکام نسبتا خوب، وزن کم و قیمت پایین در کاربردهای بیومکانیکی و پزشکی به عنوان پروتز و یا برای جایگزینی و ترمیم استخوان ها و دندان های آسیب دیده کاربرد فراوانی یافته است. یکی از نقاط ضعف این مواد، چقرمگی شکست نسبتا کم و مقاومت پایین در برابر رشد ترک در مقایسه با ماده دندانی و استخوانی می باشد که این امر می تواند نهایتا منجر به بروز و رشد ترک از محل فصل مشترک کامپوزیت- دندان و یا از داخل ماده کامپوزیت دندانی و پروتزهای جایگزین یا ترمیمی دندانی - استخوانی شود. استفاده از نانو موادی نظیر هیدروکسی آپاتیت و آلومینا جهت مقاوم سازی این کامپوزیت های دندانی- استخوانی گزینه مناسبی می باشد. در این پژوهش، اثر افزودن درصدهای مختلفی از نانو ذرات هیدرواکسی آپاتیت و آلومینا بر مقدار چقرمگی شکست (مود I) ماده کامپوزیت پروتز دندانی پایه پلیمری پلی متیل متا اکریلات (PMMA) با انجام آزمایش های شکست مورد بررسی قرار می گیرد. نشان داده می شود که چقرمگی شکست ماده PMMA، با افزودن نانوذرات فوق تا حدودی باعث بهبود مقاومت در برابر رشد ترک می شود. البته اثر نانو ذرات آلومینا در افزایش چقرمگی شکست PMMA از هیدروکسی آپاتیت بیشتر می باشد. بیشترین افزایش چقرمگی شکست مربوط به ماده کامپوزیت دندانی حاوی 10 درصد هیدروکسی آپاتیت و 6 درصد آلومینا است.

در این مقاله، کنترل مقاوم ارتعاشات عرضی تیر یک سر گیردار ساخته شده از مواد مدرج تابعی دارای سطح مقطع متغیر مورد بررسی قرار گرفته است. برای رسیدن به این هدف، از صفحات پیزوالکتریک به منظور اندازه گیری میزان ارتعاشات عرضی تیر و هم چنین اعمال نیروهای کنترلی بهره برده شده است. در این راستا، با به کار بردن روش تجزیه متعامد مناسب، حداقل مدهای بهینه ارتعاشی سیستم برگزیده و سپس از روش تصویرسازی گالرکین برای استخراج حداقل معادله های دیفرانسیل معمولی زمانی تشریح کننده رفتار دقیق آن استفاده شده است. از آنجا که در پیاده سازی واقعی یا شبیه سازی عددی، تنها در بازه های زمانی مشخصی ورودی کنترلی ولتاژ محرک پیزوالکتریک را می توان تغییر داد، و همچنین کنترل کننده سیستم تحت کنترل را تنها در زمان های نمونه برداری می بیند، بنابراین سیستم حلقه بسته را می توان معادل با یک سیستم زمان گسسته دانست. برای حل مشکلات ناشی از تناوب های نمونه برداری و همچنین عدم قطعیت های مربوط به مدل سازی، روش بازخورد خروجی مبتنی بر رویت گر حالت گسسته مقاوم برای کنترل این سیستم پیشنهاد می شود. به این منظور، طراحی بهره های کنترل کننده و رویت گر حالت به کمک قضیه مستقیم لیاپانوف که منجر به حل مجموعه ای از نامعادلات ماتریسی خطی می شود، انجام می شود. در پایان با انجام چند شبیه سازی، کارایی روش پیشنهادی نشان داده شده است.

مواد کامپوزیتی چندلایه با توجه به استحکام و سفتی بالا نسبت به وزن، کاربرد بسیار وسیعی در صنایع مختلف از جمله هوافضا دارند. لذا تشخیص مکانیزم های خرابی این مواد اهمیت بسیار زیادی در پیش بینی رفتار مکانیکی آن ها دارد. یکی از اصلی ترین مود های خرابی اصلی این مواد، جدایی بین لایه ای می باشد که در بین لایه های کامپوزیتی و در نقاط اتصال قطعات مختلف به یکدیگر مشاهده می شود. در این پژوهش به منظور پیش بینی رشد آسیب در اتصالات چسبی بال کامپوزیتی، مدل ناحیه چسبنده به کار گرفته می شود. مزیت این روش، امکان مدل سازی رشد جدایی بین لایه ای بدون نیاز به وجود ترک اولیه و المان بندی مجدد می باشد. به علاوه به منظور پیش بینی آسیب احتمالی در لایه های کامپوزیتی، مدل آسیب پیش رونده لادوز در نرم افزار آباکوس با استفاده از کد نوشته شده توسط کاربر (Umat) پیاده سازی شده و میزان اهمیت در نظر گرفتن تخریب درون لایه ای در لایه های کامپوزیتی بر تسریع شروع تخریب و رشد آن در اتصال چسبی مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج حاصل از اعتبارسنجی نشان از دقت مناسب روش به کار گرفته شده، دارد. به علاوه نتایج تحلیل نشان داد، استفاده از المان های سه بعدی به مراتب دقت بهتری در تشخیص شروع تخریب و رشد آن نسبت به مدل های دوبعدی دارد. در ادامه اثرات مشخصات اتصال چسبی مثل ضخامت و کیفیت اتصال در استحکام سازه بال مورد بررسی قرار گرفته است.

در پژوهش حاضر، ابتدا تعداد 48 آزمایش شکست بر روی نمونه های آزمایشگاهی دیسک برزیلی دارای شیار مرکزی V شکل با سوراخ انتهایی از جنس پلیمر شبه ترد پلی متیل متاکریلات زیر بارگذاری ترکیبی کشش- برش و برای نسبت های ترکیب مختلف از کشش و برش انجام و بار شکست و زاویه شروع شکست از مرز شیارهای V شکل به صورت تجربی اندازه گیری شد. سپس، دو معیار شکست ترد بر مبنای مفاهیم تخریب حداکثر تنش محیطی (MTS) و تنش متوسط (MS) به منظور پیش بینی بار شکست و زوایای شروع شکست نمونه های پلیمری توسعه یافته و نتایج آنها در قالب نمودارهای شکست و زاویه شروع شکست ارائه شد. مقایسه نتایج تئوری با نتایج تجربی نشان داد که هر دو معیار با دقت بالایی قادر به پیش بینی چقرمگی شکست و زوایای شروع شکست در نمونه های پلیمری، به ازای ترکیب های مختلف کشش و برش بوده و نتایج هر دو معیار، تقریبا منطبق بر یکدیگر است.

اگرچه در حال حاضر کامپوزیت Al/SiC موضوع تحقیق های زیادی است اما توجه کمتری به خواص فیزیکی و به ویژه پایداری ابعادی آن شده است. به همین دلیل سعی بر آن شده است که در این پژوهش به بررسی خواص حرارتی-فیزیکی این کامپوزیت ها و مدل های ارائه شده برای این خواص پرداخته شود. به این منظور ابتدا آلیاژ Al/4%Cu به روش آلیاژسازی مکانیکی تولید شد و سپس کامپوزیت آلومینیوم با درصدهای مختلف کاربید سیلیسیم (با اندازه ذرات متفاوت) به روش متالورژی پودر ساخته شد. با انجام آزمون حرارتی بر روی کامپوزیت های Al-4%Cu/SiC مشخص شد که با افزایش کسر حجمی ذرات SiC تا 25 درصد، ضریب انبساط حرارتی کامپوزیت به صورت خطی کاهش یافته است که این امر حاکی از حضور ذرات سرامیکی با ضریب انبساط حرارتی بسیار کم در کامپوزیت است و همچنین نتایج بیانگر این بوده است که با افزایش دما تا 500 درجه سانتی گراد ضریب انبساط حرارتی تا 20.6 برای کامپوزیت دارای 15 درصد ذرات تقویت کننده افزایش یافته ولی این افزایش خطی نبوده است. آزمون های حرارتی به منظور بررسی تاثیر اندازه ذرات تقویت کننده بر ضریب انبساط حرارتی کامپوزیت Al-4%Cu/SiC آزمون های حرارتی انجام گرفت. باتوجه به آزمایش ها مشخص شد که اندازه ذرات تقویت کننده تاثیر محسوسی بر ضریب انبساط حرارتی کامپوزیت ندارد ولی به میزان 0.8% سبب کرنش حرارتی کامپوزیت می شود.

اتصالات به علت حساسیت بیشتر در برابر انتقال بار، تمرکز تنش و ناهمگونی طرفین اتصال (جنس، هندسه و شرایط مرزی)، یکی از مهم ترین اجزا در سازه های کامپوزیتی هستند. تحلیل عددی تمامی اتصالاتی که در یک سازه بزرگ وجود دارد کار زمان بر و پر هزینه ای است. استفاده از معیارهای مناسب برای یافتن بحرانی ترین اتصال مکانیکی در مدل سازی دقیق اتصالات سازه های بزرگ، از اهمیت بالایی برخوردار است. در این مقاله به بررسی و مقایسه سه مدل المان محدود مختلف برای تحلیل تخریب پیش رونده در اتصالات تک لبه تحت بار کششی در نرم افزار المان محدود آباکوس 6.11.1 پرداخته شد و مقادیر سفتی (شیب قسمت خطی منحنی بار-جابجایی)، استحکام (بیشینه نیرو)، منحنی های بار-جابجایی در مدل های مختلف با مقادیر تجربی مقایسه شد. همچنین زمان محاسباتی مدل های مختلف با هم مقایسه شد. پس از بررسی نتایج به دست آمده از این تحقیق مشاهده شد که مدل آجری-پوسته ای (اصلاح شده) سفتی و استحکام را به خوبی پیش بینی می کند. همچنین مدل تیر-پوسته سفتی را نسبتا خوب و استحکام را کمتر از واقعیت برآورد می کند. بنابراین پیشنهاد شد که اتصالات یک سازه بزرگ، با استفاده از مدل تیر-پوسته مدل سازی شود و پس از تحلیل، اتصالاتی که دچار خرابی شدند با مدل آجری-پوسته ای اصلاح شده جایگزین گردند و سازه دوباره تحلیل شود.

در این تحقیق، عوامل تاثیرگذار بر استحکام اتصال ترکیبی چسبی-پرچی مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور ابتدا مدل اجزای محدود با استفاده از نتایج آزمایشگاهی اعتبار سنجی شد، سپس عوامل تاثیرگذار هندسی و مادی با استفاده از تحلیل های اجزای محدود صریح با قابلیت مدل سازی آسیب در پرچ ها و لایه چسب به صورت پیش رونده بررسی شد. نتایج نشان دادند، در یک اتصال ترکیبی بهترین حالت برای ایجاد سوراخ به منظور قرار دادن پرچ، حالتی است که کمترین کاهش استحکام را در اتصال چسبی ایجاد نماید یا به عبارت دیگر سوراخ ها از لبه های اتصال فاصله بیشتری داشته باشند که این بر خلاف اتصال پرچی تنها می باشد که نزدیک تر بودن پرچ ها به لبه های اتصال موجب افزایش استحکام می شود. به طور کلی افزودن پرچ به یک اتصال چسبی به منظور ایجاد اتصال ترکیبی، می تواند تحت شرایط مختلف باعث افزایش یا کاهش استحکام اتصال شود که در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفته است.این مطلب باید مورد توجه طراحان قرار گیرد. قابل ذکر است اگر استحکام لایه چسب در مقایسه با پرچ ها پایین تر باشد پرچ ها بهتر است در نزدیکی لبه های اتصال قرار گیرند.