رفتن به محتوای اصلی
x

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.

تحت نظارت وف بومی