جلسه دفاع رساله دکتری (آقای علی حسین زاده)

موضوع: تحلیل عددی و تجربی میکرومکانیکی آسیب در مواد مرکب الیاف بلند اپوکسی/شیشه به روش هم‌هندسی

ارائه دهنده: علی حسین‌زاده

استاد راهنما: جناب آقای دکتر فروزان

استاد مشاور: جناب آقای دکتر کاروان

استادان داور: جناب آقای دکتر مشایخی، جناب آقای دکتر جوانبخت، جناب اقای دکتر جعفرزاده ، جناب آقای دکتر حسین حسینی تودشکی

چکیده:

میکرومکانیک محاسباتی ابزاری کار‌آمد برای تحلیل و طراحی مواد به ‌‌ويژه مواد مرکب است. به کمک این روش می‌‌توان تاثیر متغیرهای مختلف مانند نسبت‌‌های حجمی، توزیع الیاف در زمینه، حفره و ریز ترک را بر شکل‌‌گیری و رشد آسیب و تاثیر آن بر رفتار مکانیکی مواد مرکب بررسی ‌‌کرد، که این کار معمولا به کمک روش المان محدود کلاسیک صورت می‌‌پذیرد. با این حال به ‌‌کارگیری روش‌‌های جدیدتر در شبیه‌‌سازی‌‌های میکرومکانیکی که بتواند نقاط ضعف روش‌‌های مرسوم را برطرف نماید، می‌‌تواند گامی رو به جلو در توسعه این روش تلقی گردد. در این راستا در پژوهش حاضر تلاش شده‌است با کمک گرفتن از قابلیت‌‌های توابع نربز، یک روش مدل‌‌سازی هم‌هندسی مناسب برای شبیه‌سازی سه بعدی ‌میکرومکانیک آسیب ماده مرکب شیشه/اپکسی با الیاف بلند ارائه‌ شود. این مدل که در محیط نرم افزار متلب برنامه نویسی شده، برمبنای چند تکنیک گام به گام بر اساس ویژگی‌‌های توابع نربز گسترش یافته که قادر است مشخصه‌‌های هندسی و رفتاری ماده مرکب مانندِ ناهمگنی، جدایش الیاف و زمینه و اشکال مختلف حباب را لحاظ کرده و همزمان یک مدل‌‌ هندسی و تحلیلی مناسب برای المان حجمی نماینده ارائه نماید. نتایج نشان می‌‌دهد، مدل هم‌‌هندسی تک‌‌وصله ارائه شده مزایای قابل توجهی نسبت به روش مرسوم المان محدود و روش هم‌‌هندسی چندوصله برخوردار است که از جمله‌‌ آن‌‌ها می‌‌توان به قابلیت ترسیم دقیق هندسه اجزای تشکیل‌‌دهنده، پارامتری شدن دامنه حل، کاهش و تسریع مراحل آماده‌‌سازی مدل، قابلیت اصلاح جزئیات هندسی بدون نیاز به شبکه بندی مجدد و عدم نیاز به قید‌‌های جفت ‌‌شدگی پیچیده اشاره کرد. همچنین به دلیل تک‌وصله بودن مدل ارائه‌شده، امکان به‌‌کارگیری روش هم‌‌هندسی برای المان حجمی نماینده به ‌‌نسبت بزرگ‌ را میسر کرده است. به منظور شبیه‌سازی آسیب در ماده مرکب، مدل المان چسبنده برای لحاظ نمودن جدایش سطح مشترک الیاف و زمینه و یک مدل ساختاری آسیب وابسته به فشار هیدرواستاتیک برای پیش‌‌بینی شکست در ماده زمینه به کار گرفته‌‌ شده‌‌است. با این حال بررسی‌‌های انجام شده نشان داد که مدل‌‌های آسیب وابسته به فشار هیدروستاتک موجود، در هنگام موضعی شدن آسیب با مشکلاتی مثل عدم سازگاری نتایج شبیه‌‌سازی با پارامترهای ورودی و یا حساسیت غیرواقعی به اندازه المان‌‌های شبکه مواجه هستند. از این رو به توسعه یک مدل آسیب وابسته به فشار هیدرواستاتیک جدید برای مواد ترد اقدام گردید. بررسی نتایج به‌دست آمده از یک نمونه میله مستقیم که آسیب در آن موضعی شده است، نشان داد که مدل ارائه شده می‌‌تواند در بارگذاری‌‌های ساده این مسائل را به خوبی برطرف نماید و نتایج قابل قبولی از لحاظ حساسیت نتایج به اندازه المان‌‌های شبکه در بارگذاری‌‌هایی ترکیبی ارائه کند. به کمک مدل هم‌‌هندسی تک‌وصله جدید و مدل ساختاری آسیب پیشنهاد شده برای ماده زمینه، شبیه‌‌سازی‌‌های میکرومکانیکی صورت پذیرفت و پاسخ‌‌های به‌دست آمده مورد بحث و بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل به خوبی مزایای کاربرد مدل هم‌‌هندسی ارائه شده را بیان کرده و حاکی از مطابقت نتایج حاصل از شیبه‌‌سازی‌‌های انجام شده با نتایج عددی و تجربی است.