جلسه دفاع دکتری (آقای محمدمهدی عابدی)
موضوع: تحلیل عددی و تجربی استحکام سازههای ساندویچی مشبک کامپوزیتی بریدشده
ارائه دهنده: محمدمهدی عابدی
استاد راهنما: دکتررضا جعفری ندوشن
اساتید مشاور: دکتر محمد شیخزاده، دکتر وونگ ریول یو
اساتید داور: دکترغلامحسین لیاقت (دانشگاه تربیت مدرس)، دکتر عبدالرضا کبیری عطاآبادی (دانشگاه صنعتی مالک اشتر اصفهان)، دکتر سید مهدی حجازی، دکتر محمدرضا فروزان، دکتر مهدی کاروان
چکیده
برای عملی شدن ایده ی افزایش استحکام و سفتی به وزن، علاوه بر معرفی مواد جدید، روش های متنوعی برای ساخت سازه های جدید ابداع شد. در نهایت، این تلاش ها منجر به سازه هایی به نام سازه های مشبک فلزی و در پی آن سازه ی مشبک کامپوزیتی لیفی گردید. سازه های مشبک کامپوزیتی لیفی به عنوان ساختارهایی جدید به دلیل رفتار مکانیکی مطلوب از جمله نسبت استحکام و سفتی به وزن بالایی که از خود نشان می دهند، در چند سال اخیر بسیار مورد استقبال صنایع و پژوهشگران قرار گرفته اند. یکی از روش های تولید این سازه ها، استفاده از پیش شکل یافته های نساجی و به خصوص پیش شکل یافته های بریدشده است. علاوه بر این که ساختارهای مشبک کامپوزیتی نوظهور هستند، به دلیل روش های ساخت وقتگیر و کم دقت، تابحال تحقیقات کامل و جامعی در ساخت، تحلیل و بکارگیری این ساختارها انجام نشده است. در این پژوهش، به بررسی نوع جدیدی از ساختارهای کامپوزیتی مشبک بریدشده ی بدون فوم و مرکب با فوم پرداخته شد که روش تولید چندان پیچیده ای نداشته و این روش قابلیت صنعتی شدن را دارد. در ابتدا، پیش شکل یافته های مورد نیاز برای تولید این ساختارها از نخ کربن با استفاده از دستگاه بریدینگ دو محوری تولید شد. در ادامه به این ساختارها رزین اضافه گردید و بعد از عمل آوری رزین، با برش لوله های مشبک مورد نظر بدست آمد. برای بررسی اثر شکل سطح مقطع ساختارهایی با سطح مقطع مربعی، مستطیلی، شش ضلعی، هشت ضلعی و دایره ای با محیط ثابت ساخته شد. همچنین اثر تغییر محیط برای نمونه هایی با شکل سطح مقطع یکسان نیز بررسی گردید. در مواردی نیز به این ساختارهای مشبک فوم پلی اورتان تزریق شد و ساختارهای مشبک مرکب با فوم ساخته شد. جهت ارزیابی آزمایشگاهی، نمونه ها تحت بارگذاری فشار محوری شبه استاتیکی قرار گرفتند. در ادامه برای بررسی بهتر مکانیزمهای موثر در رفتار فشار هر یک از ساختارها به مدل سازی اجزای محدود این ساختارها پرداخته شد. جهت محاسبه ی خواص الاستیک و استحکام هر میله ی تشکیل دهنده ی ساختار مشبک به منظور استفاده در مدلسازی، نخ رزین خورده تحت بارگذاری فشاری و کششی شبه استاتیکی در راستای طولی قرار گرفت. با استفاده از برنامه نویسی به زبان پایتون پیچیدگی های هندسی و مادی موجود در هر ساختار در نرم افزار آباکوس شبیه سازی گردید. با توجه به ضخامت کم ساختارها از المان پوسته برای شبیه سازی استفاده شد. رفتار مکانیکی هر یک از نخ های آغشته شده به رزین نیز قبل از شروع آسیب به صورت الاستیک خطی و ایزوتروپیک عرضی در نظر گرفته شد. همچنین از معیار آسیب هاشین برای پیش بینی شروع و رشد آسیب میله ها استفاده شد. علاوه بر خصوصیات بدست آمده از بررسی های آزمایشگاهی سایر خصوصیات الاستیک و استحکام اعضای میله ای سازه از روابط چامیس استخراج شد. در نهایت، در این پژوهش خصوصیات فشاری لوله های کامپوزیتی بدون فوم و مرکب با فوم با ساختار مشبک با استفاده از فرآیند بریدینگ به روش های تجربی و عددی بررسی گردید. همخوانی خوبی بین نتایج عددی و آزمایشگاهی وجود داشت. در هر دو روش نتایج امیدبخشی از ساختارها بدست آمد که نشان میدهد می توان از این ساختارها به عنوان جاذب انرژی استفاده نمود. همچنین نقش مکانیزم های شکست میله ها و کمانش ساختارها در جذب انرژی به طور کامل بررسی گردید. دستیابی به ساختار مشبک کامپوزیتی با فرآیند ساخت نوین و سریع و همچنین دارای پتانسیل جذب انرژی ویژه و بازده نیروی لهیدگی بیشتر نسبت به ساختارهای مشبک مشابه از جمله نتایج این پژوهش بودند.
واژههای كليدي: کامپوزیت پلیمری الیاف کربنی، سازه های مشبک بریدشده، سازهی فوق سبک، انرژی جذب شده، قابلیت لهیدگی، فوم پلیاورتان، تحلیل اجزای محدود، بررسی آزمایشگاهی.