جلسه دفاع پایان ­نامه (سیدمحمد راد)

موضوع:  مدل‌سازی مود جدایش در کامپوزیت‌های الیاف کوتاه با رهیافت مکانیک آسیب پیوسته

ارائه دهنده: سیدمحمد راد

استادان راهنما: دکتر محمد مشایخی

استادان مشاور: دکتر محمد سیلانی-دکتر مهدی کاروان

استادان داور: دکتر رضا جعفری ندوشن-دکتر مهدی جوانبخت

چکیده

در سال­های اخیر و با توجه به رشد چشمگیر استفاده از کامپوزیت‌ها در صنایع مختلف مطالعات بر رفتار شکست کامپوزیت‌ها به شدت رشد کرده است و نتایج حاصل، پیشرفت­های چشمگیری در این زمینه را حکایت می­کند. پژوهش‌های انجام شده شامل پژوهش‌های تجربی و عددی هستند. کامپوزیت‌های الیاف کوتاه دسته‌ای از کامپوزیت‌ها هستند که با توجه به هزینه ساخت کم و خواص نسبتا خوب بسیار پر کاربرد هستند. امروزه مدل‌های عددی آسیب مختلفی برای محاسبه و تخمین استحکام تا شکست این کامپوزیت‌ها ارائه شده‌اند. این پژوهش به بررسی و شبیه‌سازی عددی استحکام تا شکست کامپوزیت‌های الیاف کوتاه می­پردازد و هدف از آن ارائه یک مدل جامع برای مدل‌سازی رفتار کامپوزیت‌های الیاف کوتاه استفاده شده در قطعات مختلف تا نقطه شکست است که باعث کاهش زمان و هزینه بررسی آن‌ها همزمان با افزایش دقت می‌شود. در این پژوهش به مدل‌سازی رفتار کامپوزیت الیاف کوتاه شامل الیاف کوتاه شیشه و زمینه رزین گرماسخت پرداخته می‌شود. این کامپوزیت‌ها تحت بارگذاری کششی تا شکست مودهای مختلف شکست از جمله شکست رزین، شکست الیاف، بیرون کشیده شدن الیاف از رزین یا جدایش فیبر از رزین را نشان می‌دهند. در این پژوهش با توجه به غالب بودن مود شکست الیاف در آزمون‌های انجام شده، به مدل سازی این مود پرداخته شد. برای مدل‌سازی رفتار رزین تا شکست به پیاده‌سازی عددی یک مدل الاستیک-ویسکوپلاستیک همراه با یک مدل آسیب پیوسته توسعه یافته برای پلیمرهای گرماسخت پرداخته شد. اتصال بین الیاف و رزین به صورت اتصال کامل در نظر گرفته شدند. به منظور استفاده کاربردی از این مدل پیاده‌سازی شده روی هندسه‌های کاربردی که در این پژوهش همان نمونه دمبلی شکل استاندارد است، از روش همگن‌سازی عددی استفاده شد. در این روش همگن‌سازی باتوجه به شباهت رفتار رزین و کامپوزیت، از همان مدل عددی بیانگر رفتار رزین برای مدل‌سازی رفتار کامپوزیت استفاده می‌شود. هم‌چنین در مراحل مختلف جهت استخراج ثوابت مدل عددی و استخراج داده‌های مورد نیاز برای صحت‌سنجی مدل، آزمون‌های تجربی انجام شدند. نمونه‌های مورد نیاز برای آزمون‌های تجربی طبق استاندارد D638 ASTM ساخته شدند و مورد آزمون قرار گرفتند. نمونه‌های کامپوزیتی با 3درصد وزنی الیاف ساخته شدند. با مقایسه بین نتایج حاصل از مدل‌سازی عددی و نتایج آزمون‌های تجربی، مشخص شد که مدل عددی توانایی بسیار خوبی در مدل‌سازی رفتار این کامپوزیت را با خطای کم دارد. خطای کرنش این مدل در نقطه شکست نمونه نسبت به نتایج تجربی برابر 45/0 درصد و خطای استحکام آن برابر 98/3 درصد است. این مدل همچنین افت استحکام شکست در نمونه‌های با درصد کم الیاف را مدل کرد که علت این اتفاق افزایش اثر تمرکز تنش نوک الیاف نسبت به اثر استحکام بخشی الیاف است که باعث افزایش آسیب و شکست زود هنگام می‌شود. برای کامپوزیت با مواد سازنده معرفی شده در این پژوهش، درصد بحرانی الیاف که در درصدهای الیاف کمتر از آن اثر افت استحکام مشاهده می‌شود برابر مقدار تقریبی 16 درصد وزنی الیاف است. برای کامپوزیت با 40درصد وزنی الیاف، افزایش استحکام در نقطه شکست نسبت به رزین خالص برابر 3/18درصد است. همچنین کاهش جابه‌جایی تا شکست برابر 60درصد است.