فتحاللهطاهری بهروز
-
چند لایه های کامپوزیتی- فلزی ساختارهای ترکیبی جدیدی هستند که در آن چندین ورق فلزی نازک و لایه های کامپوزیت به هم متصل شده اند. این ساختارها دارای ویژگی هایی چون مقاومت خستگی بالا، مقاومت در برابر ضرب و جذب بالای انرژی بوده که باعث افزایش روز افزون کاربرد آن ها در صنایع مختلف شده است. FML ها مستعد بروز آسیب می باشند. در این مطالعه آسیب در FML تحت بار استاتیکی کششی شامل ترک های ماتریسی، جدایی بین لایه ای القایی ناشی از ترک ماتریسی و پلاستیسته لایه های فلزی بررسی شده است. با استفاده از مدل تحلیلی توزیع تنش و نرخ رهاسازی انرژی در FML حاوی ترک ماتریسی و جدایی بین لایه ای استخراج گردید. همچنین مدل سازی عددی FML حاوی آسیب های مذکور نیز انجام شد. نتایج توزیع تنش استخراج شده از مدل تحلیلی و عددی با هم مقایسه شد و بین نتایج انطباق خوبی مشاهده گردید. در ادامه نمونه های FML تحت آزمایش کشش قرار گرفتند و آسیب هایی که در آن-ها رخ داده بود نمایش داده شد. با استفاده از مدل تحلیلی و محاسبه نرخ رها سازی انرژی، اشباع ترک ماتریسی و شروع جدایی بین لایه ای در چگالی ترک 0.38 (فاصله دو ترک 2.7 میلیمتر) استخراج گردید. با مشاهده نمونه های تجربی، این چگالی ترک در بیشتر طول نمونه مشاهده گردید، اما به علت های مختلفی چون نواقص ساخت، در بعضی از نواحی فاصله بین ترک ها بزرگتر از مقدار مذکور بود.کلید واژگان: چند لایه های کامپوزیتی- فلزی, پلاستیسته, جدایی بین لایه ای, ترک ماتریسیFiber Metal Laminates are new composite structures in which several thin metal sheets and composite layers are connected together. These structures have properties such as high fatigue resistance, high impact resistance and high energy absorption, which have led to a growing use of them in various industries. In this study, damage in FMLs under tensile static loading, including matrix cracking, delamination induced by matrix cracking and plasticity in metal layers, was examined. Using the analytical model, stress distribution and energy release rate were extracted in FML containing matrix cracking and delamination. Numerical modeling of FML containing such damages was also performed. The stress distribution results obtained from the analytical and numerical models were compared, and good agreement between the results was observed. Furthermore, the FML samples were subjected to tensile test and the damages that occurred in them were displayed. By using the analytical model and calculating energy release rate, the matrix crack saturation and the initiation of delamination at the crack density of 0.38 (the distance between two cracks is 2.7 mm) were extracted. By observing the experimental samples, this crack density was observed in most of the length of the sample, but due to various reasons such as manufacturing defects, in some areas the distance between the cracks was larger than the mentioned value.Keywords: Fiber metal laminate, Plasticity, Delamination, Matrix Cracking
-
هدف از این تحقیق توسعه روش های میکرومکانیک کلاسیک و استفاده از آنها در ارایه مدل ساختاری نانوکامپوزیت های الاستومری با استفاده از تیوری افزایشی می باشد. برای این منظور با استفاده از مفهوم کرنش ویژه، مدل بهبود یافته خود سازگار جهت پیش بینی خواص الاستیک نانوکامپوزیت ها ارایه می شود. همچنین با استفاده از این مدل روابط مربوط به مدل ساختاری متکی بر تیوری افزایشی جهت پیش بینی رفتار تنش-کرنش نانوکامپوزیت های الاستومری ارایه می شود. در ادامه نتایج حاصل از حل مدل های تیوریک با نتایج حاصل از آزمون های تجربی و نتایج منتشر شده در متون علمی مقایسه می شود. بررسی نتایج نشان داده است مدل ساختاری توسعه یافته متکی بر روش میکرومکانیک خودسازگار بهبودیافته می تواند رفتار تنش کرنش نانوکاموزیت های الاستومری را در درصدهای بالا از نانوذرات تقویت کننده با دقت خوبی پیش بینی نماید.
کلید واژگان: کربن سیاه, میکرومکانیک, مدل اشلبی, الاستومر, نانوکامپوزیتIn the present research, classic micromechanical methods and their application as constitutive models in conjugation with incremental theory were developed. Using the modified Eshelby model, the Eigen strain concept in polymeric composite, and a modified form of self-consistent model the elastic properties of nanocomposites were predicted. Also, the stress-strain behavior of elastomer nanocomposites was calculated and validated by the experimentally determined ones. The results showed that the new model can predict the stress-strain behavior of elastomer nanocomposite at different particle volume fractions.
Keywords: carbon black, micromechanics, Eshelby model, elastomer, nanocomposite -
کامپوزیت های زمینه پلیمری با وجود داشتن استحکام و مدول ویژه بالا در مقایسه با مواد سنتی در راستای عمود بر صفحه خواص مکانیکی شان ضعیف می باشد. این نوع سازه ها در برخی کاربردهای صنعتی به صورت مداوم در معرض چرخه گرمایی قرار می گیرند. در این پژوهش، تاثیر 200 چرخه گرمایی سرمایش-گرمایش در محدوه دمایی 30- تا 65+ درجه سلسیوس بر چقرمگی شکست کامپوزیت های کربن اپوکسی بررسی شده است. نمونه های کامپوزیت ی از لایه های پارچه کربن و رزین اپوکسی ساخته شده و آزمایش های چقرمگی شکست نمونه تیر دولبه ای یک سرگیردار (DCB) و نمونه خمشی با شکاف انتهایی (ENF) انجام شده است. نمونه های ساخته شده بعد از قرارگیری در معرض 200 چرخه گرمایی سرمایش-گرمایش آزمایش شده و چقرمگی های استخراج شده با نمونه های مشابه بدون قرار گرفتن در معرض چرخه گرمایی مقایسه شده اند. نتایج آزمایشگاهی در نمونه های مد اول و دوم نشان دادند که چرخه گرمایی، چقرمگی شکست شروع تورق را به ترتیب 7/5 و 5/15 درصد نسبت به نمونه های بدون چرخه گرمایی کاهش داده است. همچنین سطح ترک با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی تصویربرداری شده و مکانیسم رشد ترک در نمونه های بدون چرخه و تحت چرخه گرمایی مورد مقایسه و تحلیل قرار گرفته است.
کلید واژگان: چقرمگی شکست بین لایه ای, چرخه گرمایی, تیر دولبه ای یک سر گیردار, نمونه خمشی با شکاف انتهایی, کامپوزیتPolymeric composites having high specific strength and stiffness compared to the traditional material are weak in outof-plane mechanical properties. More than above, these kinds of structures in some industrial applications are undergoing cyclic temperatures. In this manuscript, the effect of 200 thermal cycles in the range of -30 to +65 degrees Celsius on the fracture toughness of the carbon/epoxy composites is evaluated. Carbon/epoxy composite laminates are fabricated using carbon fabrics and epoxy resin in the form of the double cantilever beam (DCB), and end notched flexure (ENF) specimens. Samples are exposed to the 200 thermal cycles, and fracture tests are carried out in modes I and II. Test results revealed that the initiation fracture toughness of the samples in mode I (DCB) and mode II (ENF) are reduced 5.7 and 15.5 percent, respectively, compared to those are tested at room temperatures. Also, crack surfaces are investigated using an optical microscope and scanning electron microscope (SEM) in the specimens exposed to the thermal cycles.
Keywords: Interlaminar fracture toughness, Thermal cycle, Double cantilever beam, the end notched flexure, Composites -
در این پژوهش استحکام باقی مانده صفحات کامپوزیتی از جنس کربن / اپوکسی در برابر ضربه کم سرعت و تحت تاثیر چرخه حرارتی با استفاده از روش تجربی بررسی شده است. صفحات کامپوزیتی با لایه چینی [45/02/-45/902]s و ضخامت حدود 9/2 میلیمتر در سه سطح انرژی 10، 15 و 20 ژول و تحت 200 چرخه حرارتی در بازه دمایی 30- تا 65 درجه سانتیگراد تحت ضربه کم سرعت و آزمون استحکام فشاری قرار گرفته اند. در انجام آزمون های ضربه از دستگاه آزمون وزنه افتان استفاده شده است. برای بررسی رفتار کامپوزیت های آسیب دیده، منحنی های نیرو-زمان، نیرو-جابجایی و انرژی -زمان مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته اند. ارزیابی اثر چرخه حرارتی و آسیب های بوجود آمده در سطوح مختلف انرژی ضربه، با انجام تحلیل های رادیوگرافی و میکروسکوپ نوری تکمیل شده است. نتایج نشان دادند اعمال 200 چرخه حرارتی در بازه دمایی 30- تا 65 درجه سانتیگراد باعث ایجاد ترک های ریز در ماتریس شده و جذب انرژی در نمونه ها کاهش یافته است. بیشترین افت استحکام فشاری به میزان 12/31 درصد و مربوط به انرژی ضربه 20 ژول است. چرخه حرارتی در سطوح مختلف انرژی ضربه 10، 15 و 20 ژول با تکمیل فرآیند پخت کامپوزیت ها باعث افزایش سفتی و استحکام باقی مانده فشاری نمونه های کامپوزیتی شده است. نهایتا پارمترهای مادی مدل نیمه تجربی کاپرینو، برای تخمین استحکام باقی مانده فشاری نمونه های کامپوزیتی تحت چرخه حرارتی و ضربه کم سرعت استخراج شده است.
کلید واژگان: کربن, اپوکسی, ضربه کم سرعت, استحکام باقی مانده فشاری, مدل نیمه تجربیIn this study, the residual strength of the carbon/epoxy composite plates exposed to the thermal cycles and subjected to low-velocity impact was evaluated using an experimental procedure. Composite plates with a layup of [45/02/-45/902]s and thickness of 2.9 mm under three impact energy levels of 10J, 15J, and 20J and exposed to 200 thermal cycles in the range of -30 to 65° C went under low-velocity impact and compression after impact tests. In performing impact tests, a drop weight test device was used to investigate the behavior of damaged composites, force-time, force-displacement, and energy-time curves at all test temperatures were analyzed. Finally, the effect of temperature and associated damages at different levels of impact was evaluated using radiographic analysis and optical microscopy. Applying 200 thermal cycles in the temperature range of -30 to 65 ° C caused small cracks in the matrix and reduced the energy absorption of the samples. The highest drop in compressive strength is related to the highest impact energy, 20 J, which has a 31.12% decrease in strength. The thermal cycle at different impact energy levels of 10J, 15J, and 20J has led to an increase in the stiffness and compressive strength of the composite specimens. Finally, material parameters of the semi-empirical Caprino model to estimate the residual compressive strength of the carbon/epoxy plates under low-velocity impact and thermal cycles are obtained.
Keywords: Carbon, epoxy, Low-Velocity Impact, Compression after Impact, Semi-empirical Model -
در پژوهش های اخیر، استفاده از گرافن به دلیل تاثیر مثبت بر خواص کامپوزیت ها از جمله خواص مکانیکی، الکتریکی و حرارتی مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش، خواص ریزساختاری و مکانیکی نانوکامپوزیت ریختگی آلومینیوم خالص تقویت شده با 0.5درصد وزنی گرافن با همزنی مکانیکی - الکترومغناطیسی و سپس اکستروژن داغ و نهایتا آنیل، در دو روش استفاده از آسیاب گلوله ای و بدون استفاده از آسیاب گلوله ای بررسی شد. با بکار بردن روش های همزنی مکانیکی و الکترومغناطیسی، ترکیب دو نیروی برشی و حجمی، تلاطم بیشتری را در فلز مذاب ایجاد کرده که منجر به توزیع مناسب ذرات تقویت کننده، کاهش ساختارهای دندریتی و اصلاح اندازه دانه در طول انجماد می شود. مطالعات ریزساختاری نشان داد که در روش آسیاب گلوله ای توزیع نانو ذرات گرافن در فاز زمینه و کاهش اندازه دانه، نسبت به روش بدون آسیاب گلوله ای مطلوب تر می باشد. در روش آسیاب گلوله ای، سختی، استحکام کششی و استحکام فشاری به ترتیب 19.7، 142.8 و 11.7 درصد و در روش بدون آسیاب به ترتیب 9، 85.2 و 13.5 درصد نسبت به آلومینیوم خالص افزایش یافته است. تغییر طول در روش آسیاب گلوله ای 6.8 و در روش بدون آسیاب گلوله ای 35.4 درصد کاهش نشان می دهد.
کلید واژگان: نانو کامپوزیت ریختگی, آلومینیوم, گرافن, آسیاب گلوله ای, همزنی مکانیکی-مغناطیسیIn recent scientific studies, the use of graphene has been considered due to its positive effect on the properties of composites, including mechanical, electrical and thermal properties. In this research, the microstructural and mechanical properties of pure aluminum nanocomposite cast reinforced with 0.5 wt% graphene with mechanical-electromagnetic stirrer and then hot extrusion and finally annealing, in two methods of using ball milling and without using ball milling process, was investigated. By applying both mechanical and electromagnetic stirring techniques, combining both shear and body forces can cause more turbulence in the molten metal that lead to as well as distribute reinforcing particles, decreasing the dendritic structures and refining the grains during solidification. The microstructural studies showed that in the ball mill method, the distribution of graphene nanoparticles and reduce grain size in the matrix phase is significantly better than the non-ball mill method. Also, in the method of ball mill, hardness, tensile strength and compressive strength increased by 19.7, 142.8 and 11.7%, respectively, and in the method without mill, 9, 85.2 and 13.5%, respectively, compared to pure aluminum. The elongation decreased by 6.8% in the ball mill method and 35.4% in the non-ball mill method.
Keywords: Casting nanocomposite, Pure aluminum, Graphene, ball milling, Mechanical, Electromagnetic Stirring -
امروزه مقاومت در برابر ضربه کم سرعت و تحمل آسیب به وجود آمده، اهمیت بالایی در طراحی سازه های کامپوزیتی به خصوص در صنعت هوافضا پیدا کرده است و باعث تلاش محققان پیرامون ارزیابی رفتار ضربه کم سرعت در طراحی کامپوزیت ها شده است. در این پژوهش، مدل عددی برای ضربه کم سرعت چندلایه کامپوزیتی کربن/اپوکسی ارایه شده است. این مدل آسیب سه بعدی، بر اساس مکانیک آسیب پیوسته با توسعه زیرروال (UMAT) در نرم افزار آباکوس با حلگر صریح به دست آمده است. در این مدل، آسیب بین لایه ای و درون لایه ای در نظر گرفته شده است و برای در نظر گرفتن پلاستیسیته در ماتریس، رفتار غیرخطی برشی اعمال شده است. برای ارزیابی نتایج به دست آمده از مدل عددی، آزمون ضربه در سه سطح انرژی ضربه (10، 15 و 20 ژول) انجام گردید. به علاوه، به منظور صحت سنجی مکانیزم های خرابی و میزان خرابی ایجاد شده در اثر ضربه، مساحت ناحیه تورق با استفاده از روش رادیولوژی اندازه گیری گردید. با مقایسه پاسخ کلی رفتار ضربه، تطابق خوبی بین نتایج آزمون تجربی و شبیه سازی بدست آورده شد که نشان می دهد مدل خرابی استفاده شده به خوبی قابلیت پیش بینی رفتار کلی کامپوزیت را در این فرآیند دارد.کلید واژگان: ضربه کم سرعت, مدلسازی المان محدود, پلیمر تقویت شده با الیاف کربن, مکانیک آسیب پیوستهNowadays, low-velocity impact resistance and damage tolerance have become very important in the design of composite structures, especially in the aerospace industry, and have led researchers to evaluate the low velocity impact response in the design of composites. In this research, a numerical model for low velocity impact (LVI) of carbon /epoxy composite laminate is proposed. This 3D damage model is based on continuum damage mechanics with subroutine development (UMAT) in Abaqus/Explicit. In this model, the interlaminar and intralaminar damage is considered and the nonlinear shear behavior is applied to consider the plasticity in the matrix. To evaluate the results obtained from the numerical model, impact testing was performed at three levels of impact energy (10 J, 15 J and 20 J). In addition, in order to verify the failure mechanisms and the amount of damage caused by the impact, delamination area was measured using radiology technique. By comparing the response of the impact behavior, a good correlation was obtained between the experimental test results and the simulation, which shows that the failure model used is well able to predict the behavior of the composite in this process.Keywords: Low-velocity impact (LVI), Finite element model, Carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP), continuum damage mechanics (CDM)
-
پنل ساندویچی ترکیبی از یک هسته نرم و دو پوسته با سفتی و استحکام بالا می باشد. در بسیاری از موارد پیوند بین پوسته و هسته به عنوان نقطه بحرانی آسیب رسان به یکپارچگی سازه ساندویچی محسوب می شود. در این تحقیق چقرمگی جدایش پوسته از هسته در تیرهای ساندویچی با هسته شیاردار متشکل از پوسته با جنس کولار 49/پلی استر و هسته از جنس فوم پلی اورتان به صورت تجربی اندازه گیری شده است. مقادیر نرخ رهایی انرژی کرنشی به دست آمده در شروع رشد ترک برای نمونه های مورد آزمایش در محدوده 340 ژول بر مترمربع بوده و با رشد ترک تا محدوده 500 ژول بر مترمربع نیز افزایش می یابد. از جمله نوآوری های تحقیق حاضر می توان به بررسی تاثیر شیاردار کردن هسته ساندویچ پنل، بر مقاومت سازه در برابر رشد ترک اتصالی اشاره کرد. نتایج نشان می دهد که با قرار گرفتن شیار درون هسته ساندویچ پنل، ترک اتصالی در هنگام رشد با برخورد به هر شیار متوقف شده و برای شروع مجدد رشد خود به نیروی بالاتری نیاز دارد. همین پدیده باعث افزایش مقاومت این نوع از سازه در مقابل رشد ترک در ناحیه پوسته/هسته می گردد. در این تحقیق همچنین از مدلی برمبنای تیوری ناحیه چسبناک برای شبیه سازی رشد ترک در نمونه های مورد آزمایش استفاده شده است. مقایسه منحنی های بار-جابجایی به دست آمده از تحلیل نشان می دهد مدل ارایه شده توانایی مناسبی در پیش بینی رفتار سازه در شرایط بارگذاری مشابه را داراست.
کلید واژگان: ساندویچ پنل, چقرمگی شکست, ترک اتصالی, مدل ناحیه چسبناک, نرخ رهایی انرژی کرنشیThe sandwich panel is a combination of a soft core and two stiff, high-strength facesheets. In many cases, the connection between the facesheet and the core is considered as a critical point that can damages the integrity of the sandwich structure. In this study, the debonding toughness between the facesheet and the core in sandwich beams with grooved cores made of Kevlar 49/polyester facesheets and polyurethane foam core has been measured experimentally. The values of the strain energy release rate obtained at the onset of crack growth for the tested specimens are in the range of 340 (J/Square meters) and increase with the crack growth up to 500 (J/Square meters). One of the innovations of the present study is to investigate the effect of grooving the core of the sandwich panel on the resistance of the structure to the growth of interfacial cracks. The results show that by placing the groove inside the core of the sandwich panel, the interfacial crack stops during growth by hitting each groove and requires higher force to restart its growth. This phenomenon increases the resistance of this type of structure against the growth of cracks in the face/core area. In this research, a model based on cohesive zone theory was used to simulate crack growth in the tested specimens. Comparison of load-displacement curves obtained from the analysis shows that the proposed model has a good ability to predict the behavior of the structure under similar loading conditions.
Keywords: Sandwich panel, Fracture Toughness, Interfacial crack, Cohesive zone model, Strain energy release rate -
در دهه های اخیر، استفاده از مواد کامپوزیتی در سازه های مهندسی به طور چشم گیری افزایش یافته است. بنابراین درک ساختار و مکانیزم های آسیب در این مواد ضروری است. در میان آسیب های رایج مواد کامپوزیتی، آسیب تورق یا جدایش بین لایه ای از مودهای خطرناک آسیب است. مدل ناحیه چسبناک یکی از ابزارهای مناسب برای بررسی و تحلیل پدیده تورق در کامپوزیت های لایه ای است. مدل ناحیه چسبناک با ردیابی آسیب از شروع تا تکامل آن، به تحلیل تورق می پردازد. در مدل ناحیه چسبناک، ناحیه پشت نوک ترک که در آن نیروهای چسبنده فعال هستند، از اهمیت بالایی برخوردار است. این ناحیه به طور مستقیم تحت تاثیر مود بارگذاری، انرژی شکست، تنش بیشینه ناحیه چسبناک، مدول الاستیک موثر و هندسه سازه است. مدل های بسیاری برای تخمین طول ناحیه چسبناک پیشنهاد شده است. در این پژوهش طول ناحیه چسبناک در مود بارگذاری یک و دو خالص، با استفاده از تحلیل اجزای محدود در نرم افزار آباکوس استخراج شد. این نتیجه ها با مدل های تحلیلی تخمین طول ناحیه چسبناک مقایسه شد. در مدل هایی که علاوه بر اثر نوع ماده، اثر هندسه سازه نیز در تخمین طول ناحیه چسبناک در نظر گرفته شد، تخمین دقیق تری از طول این ناحیه مشاهده شد
کلید واژگان: (مدل ناحیه چسبناک, طول ناحیه چسبناک, جدایش بین لایه ای در کامپوزیت هاIn recent decades, the use of composite materials in engineering structures has increased dramatically.. Therefore, it is necessary to understand the structure and mechanisms of damage to these materials. Among the most common damages in composite materials, delamination is one of the catastrophic failure modes. Cohesive zone model is one of the appropriate tools for analyzing the phenomenon of delamination in the laminated composites. The cohesive zone model analyzes the delamination by tracking the damage from its onset to its evolution. In the cohesive zone model, the area behind the crack tip, where the cohesive forces are active, is of great importance. This zone is directly affected by loading mode, fracture energy and cohesive strength, active elastic modulus, and structural geometry. Many models have been proposed to estimate the length of the cohesive zone. In this study, the length of the cohesive zone in first and second pure mode was obtained by using finite element analysis in Abaqus software. The results of the simulation were compared with the analytical models for estimating the length of the cohesive zone. It was observed a more accurate estimate of the cohesive zone length in models that consider the material type and effect of structural geometry.
Keywords: Cohesive zone model, Cohesive Zone Length, Delamination in Composites -
فرضیههدف از این پژوهش بررسی اثر بار خمشی بر رسانندگی الکتریکی کامپوزیت های کربن-اپوکسی دارای انواع نانوذرات مختلف بود. نمونه های توسعه یافته باید ضمن داشتن استحکام خمشی کافی، رسانندگی الکتریکی پیشنهادشده در استاندارد موسسه انرژی آمریکا را داشته باشند تا در ساخت الکترودها استفاده شوند.روش هابدین منظور، از نانو ذرات دوده، نانولوله های کربن و گرافیت انبساط یافته همراه با الیاف کربن و رزین اپوکسی برای ساخت نمونه ها استفاده شد. ذرات دوده، نانولوله کربن و گرافیت انبساط یافته با مقادیر وزنی بهینه (25، 10 و %15) به کامپوزیت کربن-اپوکسی اضافه شده و آستانه رسانندگی الکتریکی نمونه ها مطابق روش استحکام چهارنقطه ای اندازه گیری شد. متوسط آستانه تراوایی رسانندگی الکتریکی برای کامپوزیت های دارای دوده، گرافیت انبساط یافته و نانولوله کربن به ترتیب 23.2، 27.3 و %24.7 به دست آمد. سپس، نمونه های مزبور زیر بار خمش قرار گرفته و به ازای 0.5، 1، 1.5، 2 و 2.5mm جابه جایی عرضی، مقدار رسانندگی الکتریکی حین بارگذاری و پس از باربرداری اندازه گیری شد.یافته هانتایج این پژوهش نشان داد، مقدار کاهش رسانندگی الکتریکی در نمونه های کربن-اپوکسی دارای نانو لوله های کربنی ناشی از خمش کمترین مقدار و در نمونه های کربن-اپوکسی دارای دوده بیشترین مقدار بود. در ادامه، نمونه ها مطابق استاندارد خمش سه نقطه ای زیر بار خمشی قرار گرفتند و مقدار استحکام خمشی نمونه ها به دست آمد. با استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی پویشی کیفیت توزیع نانوذرات در نمونه ها مطالعه شد. یافته های این پژوهش می تواند در ساخت الکترودهای کامپوزیتی رسانایی استفاده شود که زیر بار خمشی (مخازن الکتروستاتیک نمک زدایی نفت خام) قرار می گیرند.کلید واژگان: ذرات دوده, ذرات گرافیت انبساط یافته, ذرات نانولوله کربن, آستانه رسانندگی الکتریکی, بار خمشیHypothesisThepurpose of this study was to investigate the effect of bending load on the electrical conductivity of carbon-epoxy composites containing various nanoparticles. The developed samples, while having sufficient flexural strength, must have the electrical conductivity proposed by the U.S Energy Institute to be used in the manufacturing of electrodes.MethodsFor this purpose, carbon black nanoparticles, carbon nanotubes and expanded graphite with unidirectional carbon fabrics and epoxy resin were used to make the samples. Carbon black particles, carbon nanotube and expanded graphite with optimum weight percentages (25, 10 and 15%) were added to carbon/epoxy composite and the electrical conductivity threshold of the samples was measured according to the four-point strength method. The average electrical conductivity permeability threshold for composites containing carbon black, expanded graphite and carbon nanotubes was 23.2, 27.3 and 24.7%, respectively. The samples were then subjected to bending load and for the 0.5, 1, 1.5, 2 and 2.5 mm transverse displacement, the electrical conductivity value was measured during loading and unloading.FindingsThe results showed that the value of electrical conductivity loss in carbon/epoxy samples containing carbon nanotubes caused by bending was at lowest and in the carbon/ epoxy containing carbon black samples displayed the highest value. Then, the flexural strength of the specimens was measured using a three-point bending test method. The pattern of nanoparticle distribution in the samples was studied on images acquired by scanning electron microscope images. The result of this research could be used in manufacturing of composite electrodes which are subjected to flexural loading (electrostatic desalting crude oil tanks) in services.Keywords: carbon black particles, expanded graphite particles, carbon nanotube particles, electrical conductivity threshold, bending load
-
در مقاله حاضر با استفاده از روش های چندمقیاسی، معیاری برای پیش بینی شروع و رشد آسیب در کامپوزیت های لایه ای بافته شده صفحه ای جهت پیش بینی استحکام آنها ارائه شده است. بدین منظور با مدل سازی حجمک نماینده و با محاسبه تنش های میکروسکوپیک، آسیب در یارن ها و رزین مورد بررسی قرار گرفته است. سپس با بهره گیری از شرایط مرزی مناسب، تنش ها و کرنش های ماکروسکوپی حجمک نماینده برای به دست آوردن مولفه های ماتریس سفتی معادل محاسبه شده اند. با توسعه زیرروال های "UMAT" و "USDFLD" در نرم افزار آباکوس، حلقه های کامپوزیتی بافته شده شبیه سازی و به صورت پیش رونده استحکام نهایی آنها پیش بینی شده است. به منظور اعتبار سنجی نتایج عددی، نمونه های حلقوی با استفاده از پارچه بافته شده شیشه به عرض پنج سانتی متر و رزین اپوکسی متناسب با ابعاد استاندارد ASTM-D2290 ساخته شده و تحت آزمون کشش قرار گرفته اند. نتایج عددی و تجربی همخوانی خوب بین نتایج عددی و آزمایشگاهی صحت مدل های عددی توسعه داده شده در این پژوهش را نشان می دهد.کلید واژگان: تخریب پیش رونده, پارچه های بافته شده, حجمک نمایندهIn this paper A progressive damage model based on multi-scale modeling has been developed to predict the initiation and propagation of damage in plain weave fabrics. For this purpose, microscopic damage in yarns and resin is calculated by an RVE (Representative Volume Element) FE simulation. By applying suitable boundary conditions of RVE, macro-scale average stresses were derived to extract the components of the equivalent stiffness matrix. Finally, by developing UMAT and USDFLD subroutines in the ABAQUS commercial software, the strength of the woven composite rings is predicted numerically. In order to confirm the numerical predictions, composite rings using the woven glass tapes of 5 cm width and epoxy resin are fabricated according to ASTM D2290 and tested. A good correlation between experimental and numerical results could confirm the accuracy of the finite element simulation.Keywords: Progressive damage, Woven fabrics, RVE
-
هدف این پژوهش توسعه کامپوزیت های زمینه پلیمری رسانا می باشد به طوری که مقدار این رسانایی بالاتر از حد استاندارد موسسه انرژی آمریکا باشد. در این صورت کامپوزیت های توسعه داده شده می توانند در ساخت الکترودها مورد استفاده قرار بگیرند. بدین منظور ذرات هادی دوده، نانولوله کربنی و گرافیت منبسط شده با درصدهای وزنی مختلف (5، 10، 15، 20، 25، 35 درصد ) به رزین اپوکسی اضافه شده و هدایت الکتریکی نمونه ها مطابق استاندارد روش چهار نقطه ای اندازه گیری شده است. متوسط آستانه تراوایی الکتریکی برای پلیمرهای حاوی ذرات دوده، نانو لوله کربنی و گرافیت منبسط شده به ترتیب 25، 10 و15 درصد وزنی بدست آمده است. همچنین تاثیر پارامترهای مختلف ساخت ازجمله استفاده از پمپ خلا و گرمادهی روی هدایت الکتریکی نمونه های کامپوزیتی مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش ها نشان دادند استفاده از پمپ خلاء هدایتی الکتریکی را به ترتیب 10.8 ، 11.4 و 9.6 درصد در نمونه های دوده و نانو لوله کربنی و گرافیت منبسط شده افزایش داده است. به منظور افزایش مقاومت مکانیکی نمونه های پلیمری هادی از ده لایه پارچه کربنی تک جهته استفاده شده و نشان داده شد استفاده از الیاف کربن هدایت الکتریکی را به ترتیب 23.2، 27.3 و 24.7درصد برای نمونه های حاوی دوده ، گرافیت منبسط شده و نانولوله کربنی افزایش داده است. با استفاده از تصاویر تهیه شده به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی کیفیت توزیع نانو ذرات در نمونه ها بررسی شده است.کلید واژگان: کامپوزیت رسانا, نانو لوله کربنی, دوده, گرافیت منبسط شده, آستانه هدایت الکتریکیThe present research work was aimed at developing conductive polymer-based composites in order to have a higher conductivity than the standard level of the Energy Institute of America. In this case, the composites can be applied to make electrodes. For this purpose, carbon clack particles, carbon nanotube and expanded graphite with different weight percentages (5%, 10%, 15%, 25%, and 35%) were added to the epoxy resin and the electrical conductivity of the samples was measured according to the four-point standard method. The average electrical conductivity threshold for carbon clack particles, carbon nanotube and expanded graphite was determined at 25, 10, and 15, respectively. Furthermore, the effect of different construction parameters such as the use of vacuum pumps and heating on the electrical conductivity of the composite samples was also investigated. The experiments revealed that the use of the vacuum pump increased the electrical conductivity by 10.8%, 11.4% and 9.6% in carbon black, carbon nanotube, and expanded graphite samples, respectively. In order to increase the mechanical strength of the conductive polymer samples, ten layers of unidirectional carbon fabric were used. The results obtained showed that the use of carbon fibers enhanced the electrical conductivity by 23.2%, 27.3%, and 24.7% for carbon black, expanded graphite, and carbon nanotube samples, respectively. Ultimately, using the scanned electron microscopy images, the quality of the nanoparticle distribution in the samples was investigated.Keywords: کليدواژه ها [English]electrical conductivityr, carbon black, Expanded graphite, carbon nano tube, electrical conductivity threshold
-
جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی یک جوشکاری حالت جامد محسوب می شود که امروزه کاربرد گسترده ای به خصوص در جوشکاری های غیر هم جنس پیداکرده است، مخصوصا آلیاژهای آلومینیوم سری 7000 که قابلیت جوشکاری ذوبی را ندارند. این روش نه تنها محدودیت های جوشکاری ذوبی را ندارد بلکه به دلیل عدم ذوب قطعات امکان اتصال فلزات با نقطه ذوب متفاوت را نیز دارا می باشد. در این تحقیق به روش تجربی مطالعه تنش پسماند ناشی از جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی غیر متشابه بین آلیاژها7075-T6 و 6061-T6 و مقایسه آن با جوشکاری معمولی ذوبی آلیاژ 6061-T6 به وسیله روش سوراخکاری مرکزی صورت گرفته است. همچنین با استفاده از این روش تغییرات تنش پسماند در راستای ضخامت نیز برای دو نمونه اندازه گیری گردیده و نشان داده شد که تنش پسماند در جوشکاری اصطکاکی به نسبت کمتر و توزیع یکنواختی نسبت به جوشکاری ذوبی دارد. بیشینه تنش در جوش ذوبی درست در محل خط جوش است ولی در جوش اصطکاکی بافاصله از خط جوش تنش پسماند بیشینه می گردد. سختی دو نمونه نیز با روش میکرو سختی سنج ویکرز اندازه گیری و با یکدیگر مقایسه گردید. نتایج به دست آمده نشان داد که در جوش کاری اصطکاکی منطقه TMAZ کمترین میزان سختی نسبت به HAZ و ناگت را دارا است اما سختی آن از سختی فلز پایه بیشتر است.
کلید واژگان: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی, روش سوراخکاری مرکزی, تنش پسماندFriction Stir Welding is a solid-state process, which means that the objects are joined without reaching melting point. Which has demonstrated very high suitability for the joining of dissimilar aluminium alloys. The aim of this investigation was to study residual stress and micro hardness distribution in different zones of dissimilar friction stir welding of AA6061-T6 and AA7075-T6 and compare it with the tungsten inert gas (TIG) welding of AA6061-T6 by using increment hole drilling technique. Also The evolution of the residual stresses in the thickness direction was investigated, it was found that the maximum residual stresses are below the yield strength of the material in the shoulder region and showed that the longitudinal residual stresses in the joint were much larger than the transverse residual stresses. Vickers micro hardness measurements were performed in the transverse cross section of the samples, the results showed that Hardness peak values were observed in SZ region adjacent to the advancing side whereas low hardness regions were measured across the weld corresponding to the HAZ of both alloys and at the SZ adjacent to the retreating side.Keywords: Friction stir weld, Hole drilling method, Residual stress -
در این پژوهش از یک مدل مایکرومکانیکی جهت پیش بینی انتقال تنش از لایه میانی کامپوزیت سه فازی تقویت شده استفاده شده است. مدل متقارن شامل الیاف، زمینه و لایه میان آن ها است. در این مطالعه رفتار مکانیکی اجزا تشکیل دهنده کامپوزیت به صورت الاستیک خطی فرض شده اند. همچنین، زمینه به صورت یک ماده ی همسانگرد و الیاف و لایه ی میانی به صورت مواد همسانگرد عرضی فرض شده اند. تحلیل تنش سه بعدی در دو حالت الف) لایه میانی کاملا متصل و سالم و ب) لایه میانی تا حدی جداشده انجام شده است. از مدل سازی تحلیلی، یک جفت معادلات دیفرانسیل جزئی مستقل برحسب مولفه های نامعین جابجایی به دست آمده است. سپس به منظور حل دقیق معادلات دیفرانسیل از روش جداسازی متغیرها و بسط توابع ویژه استفاده شد. حل های تحلیلی برای شرایط مرزی آزاد در سطح خارجی ماتریس جهت مدل کردن آزمون بیرون کشی به دست آمده اند. در هر دو حالت نتایج حاصل از روش تحلیلی همخوانی خوبی با نتایج به دست آماده از روش عددی دارند. با مقایسه مولفه های تنش برشی، شعاعی و محوری مشخص می شود که کامپوزیت سه فازی به مراتب مقادیر کمتری نسبت به کامپوزیت دوفازی اتخاذ می کند، همچنین میدان تنش به دست آمده در حالت تا حدی جداشده، مقادیر کوچک تری نسبت به حالت سالم اتخاذ می کند.کلید واژگان: مایکرومکانیک, فاز میانی, انتقال تنش, حالت سالم, حالت تا حدی جداشدهMicromechanics of stress transfer through the interphase in pull out test of fiber through the resinIn the current paper, a micromechanical based model is presented to estimate the stress transfer in interphase of three-phase reinforced composites. The symmetric model consists of fiber, matrix and a layer in between them. In this study, composite constituents were considered as linear elastic materials. Also, the matrix was treated as isotropic material while the fiber and the interphase were considered as transversely isotropic materials. The stress distribution solutions for an intact model and partially debonded model are obtained. A pair of uncoupled partial differentiation equations were obtained in terms of unknown displacement components. The separation of variable with Eigenfunction expansion methods were used to derive the exact solution of the PDEs. Analytical solutions for the free boundary conditions on the external surface of the matrix are obtained to simulate the pullout test. In both cases, numerical findings revealed a good correlation with the analytical results. By comparing the shear, radial and axial stress components become clear that three- phase composite adopts smaller amounts than of two- phase composites. Also, it was shown that the stress field in the partially debonded model has small quantities in comparison to the intact model.Keywords: Micromechanics, Interphase, Stress transfer, Intact, Partially debonded
-
در این مقاله رفتار خمشی تیرهای ساندویچی کامپوزیتی تحت بارگذاری خمش چهار نقطه به صورت تجربی و عددی مورد بررسی قرارگرفته است. پوسته ها و هسته ی تیر ساندویچی به ترتیب از الیاف شیشه بافته شده با رزین اپوکسی و فوم پلی وینیل کلرید با چگالی 70 کیلوگرم بر مترمکعب ساخته شده است. آزمون خمش چهار نقطه بر روی تیرهایی با طول های مختلف با در نظر گرفتن دو نوع لایه چینی 0/90 و45 ± برای پوسته ها انجام شده است. مکانیزم تخریب در تیرهای آزمایش شده، ناشی از فرو رفتگی فوم و در ادامه شکست پوسته در زیر محل بارگذاری بوده است. به منظور بررسی صحت نتایج تجربی شبیه سازی عددی تیر ساندویچی با استفاده از نرم افزار تجاری آباکوس انجام گرفته است. در تحلیل های عددی از مدل های مادی غیر خطی برای شبیه سازی رفتار برشی فوم و پوسته ها استفاده شده است. علاوه بر آن بدلیل بروز تغییر شکل های بزرگ در تیرهای ساندویچی تحت خمش، از فرض غیرخطی هندسی در تحلیل المان محدود استفاده شده است. پیش بینی شروع تخریب در المان های پوسته به وسیله ی معیار هشین اصلاح شده انجام شده است. با استفاده از زیرروال USDFLD تحلیل غیرخطی تنش و تخریب پوسته ها در نرم افزار ABAQUS وارد شده است. همچنین مدل لهیدگی فوم برای شبیه سازی رفتار پلاستیک هسته ی فومی استفاده شده است. منحنی های نیرو- جابه جایی و مکانیسم های تخریب پیش بینی شده با روش عددی تطابق خوبی را با نتایج آزمایشگاهی نشان دادند.کلید واژگان: تیر ساندویچی کامپوزیتی, رفتار خمشی, فرورفتگی, مدل سازی عددیIn this paper, flexural behavior of composite sandwich beams under four point bending loading has been studied experimentally and numerically. The skins and the core of the sandwich composite beam have been made of woven glass/epoxy composites and polyvinylchloride foam with 70 kg/m3 density, respectively. The experiments were performed on the beams with different lengths and two different types of layup sequence for the skins as 0/90 and ±45. Failure was initiated in the beams due to indentation of the foam and extended to the face sheet failure under the loading roller. Numerical simulation of the sandwich beam has been performed using ABAQUS commercial software to verify experimental results. During the numerical simulations, the nonlinear material models were employed for shear stress-strain behavior modeling of the foam and the face sheets. In addition, due to the large deformation during bending test geometrical nonlinearity assumption was used in FE analysis. Failure initiation was predicted in the face sheets using modified Hashin criteria. Nonlinear stress analysis and failure predictions in the face sheets and the foam were conducted using USDFLD subroutine in ABAQUS software. Also crushable foam model was employed to simulate the plastic behavior of the foam core. The load-displacement curves and failure mechanisms predicted by the numerical simulations illustrated good correlation with the experimental data.Keywords: Sandwich composite beam, Flexural bending, Indentation, Numerical modeling
-
از آنجا که شناسایی خواص برشی داخل صفحه ای، برای طراحی ساختارهای کامپوزیتی ضروری است. روش های متعددی برای انجام آزمون برش روی مواد کامپوزیتی ارائه شده است. برش ریلی نمونه دارای شکاف Vشکل، جدیدترین آزمونی است که برای برش مواد کامپوزیتی ارائه و در سال 2005 به عنوان استاندارد معرفی شده است. در این پژوهش، با مدل سازی عددی این آزمون در نرم افزار اجزای محدود، ضمن بررسی وضعیت نمونه تحت آزمون استاندارد، اثر چند مورد از خطاهای معمول حین آزمون، مانند عدم هم محوری، تغییر در شرایط مرزی نمونه در اثر لغزش صفحه های نگه دارنده و نیز انحراف در زاویه الیاف بررسی شده است. بر اساس نتایج به دست آمده، لغزش صفحه های نگه دارنده نسبت به نمونه و در نتیجه بارگذاری لبه ای نمونه، در مقایسه با سایر خطاهای بررسی شده، بیشترین اثرگذاری را روی نتایج دارند. افزون بر این، خطا در راستای قرارگیری الیاف نیز از مسائل مهمی است که باید حین تولید نمونه ها مورد توجه قرار گیرد. انحراف خط سنجش نمونه از محور بارگذاری، کمترین مقدار اثرگذاری را نسبت به سایر خطاهای بررسی شده، روی نتایج دارد. هرچند این خطاها می توانند روی نتایج اثرگذار باشند، اما بررسی ها نشان داد، اثرگذاری آن ها قابل توجه نیست. در نهایت، خواص برشی داخل صفحه ای نمونه هایی از جنس شیشه-اپوکسی به کمک آزمون استخراج شد. مدول برشی نمونه دارای شکاف Vشکل تقریبا با مدول برشی به دست آمده از آزمون سه ریلی یکسان است، ولی استحکام برشی حدودا %36 افزایش نسبت به روش سه ریلی را نشان می دهد.کلید واژگان: کامپوزیت پلیمری, خواص برشی داخل صفحه ای, آزمون برش کامپوزیت ها, برش ریلی نمونه با شکافV, تحلیل اجزای محدودSince characterization of in-plane shear properties of composite materials is necessary for designing composite structures, there are many methods for shear testing of composite materials. V-notched rail (VNR) shear test method is the latest method published as ASTM D7078 in 2005. Strain and stress states of VNR specimens were investigated numerically by adopting a commercial finite element software. The effect of measurement errors on the results was also analyzed. Although, the experimental programs were implemented based on standard considerations, the possibility of some errors was unavoidable. The sources of errors originated from misalignment of the specimen with respect to the loading axis, application of end loading instead of face loading and fiber misalignment. According to the obtained results, slipping of the specimen within the fixture grip plates had the most important effect on the results in comparison to two other error sources. In addition, fiber misalignment was another important source of erroneous results which needed to be considered during testing. Misalignment of the specimen with respect to loading axis showed the least effect on the shear properties of the specimens compared to others. Some other errors also affected the stress state of the specimen. However, our investigations showed that their effect on the shear properties was negligible. Finally, glass/epoxy specimens were evaluated experimentally by V-notched rail shear test method. Shear modulus of the V-notched specimens was almost equal with the modulus of three rail specimens. However, the shear strength measured by the V-notched rail shear test method was approximately 36% higher than that measured by the three rail test method.Keywords: polymer composite, in-plane shear properties, shear testing of composites, V-notched rail shear test, finite element analysis
-
آلیاژهای حافظه دار نوعی خاص از مواد حافظه دار هستند که با افزایش دما می توانند تغییر شکل های بزرگ را بازیابی کرده و به شکل اولیه خود بازگردند. در این مطالعه شبیه سازی عددی رفتار ترمومکانیکی کامپوزیت های تقویت شده با آلیاژهای حافظه دار تحت بارگذاری استاتیکی و تک محوره، انجام شده است. با قرار دادن سیم های حافظه دار درون کامپوزیت اولیه، رفتار مایکرومکانیکی کامپوزیت به صورت یک منحنی دوخطی مشاهده می شود که علت آن تبدیل فاز درون سیم های حافظه دار و غیرخطی بودن رفتار کامپوزیت اولیه می باشد. پس از شبیه سازی به منظور صحت سنجی، از نتایج آزمایشگاهی موجود در مرور ادبیات استفاده شده است. پس از اعتبار سنجی مدل، اثر عوامل مختلف مانند: مقدار پیش کرنش سیم ها، اثر دمای بارگذاری و شرایط سطح تماس میان سیم های حافظه دار و ماتریس اپوکسی بررسی شده است. همچنین یک روش تئوری برای محاسبه کرنش فشاری و کششی موجود در کامپوزیت و سیم ها، پس از رهاسازی سیم های پیش کشیده ارایه شده است. بر اساس نتایج به دست آمده، در نظر گرفتن چسبندگی سطحی ضعیف میان سیم حافظه دار و ماتریس زمینه باعث نزدیکی نتایج شبیه سازی شده به نتایج آزمایشگاهی نسبت به حالت چسبندگی بین سطحی کامل، شد. افزودن پیش کرنش به سیم های حافظه دار باعث ایجاد تنش فشاری اولیه درون کامپوزیت شده و مقدار آن با افزایش دما بیشتر نیز می شود اما این پدیده، جدایش بین سطحی میان سیم های حافظه دار و ماتریس را نیز افزایش می دهد. بنابراین در طراحی کامپوزیت های تقویت شده با سیم های حافظه دار، باید برای مقادیر پیش کرنش اعمال شده به سیم های حافظه دار و دمای کاری کامپوزیت، مقادیر بهینه ای انتخاب شود.کلید واژگان: آلیاژ حافظه دار, کامپوزیت, پیش کرنش, چسبندگی سطحی ضعیفShape Memory Alloys (SMAs) are a type of Shape Memory Materials (SMMs) which can recover large deformation and return to their primary shape by rising temperature. In this study, numerical simulation of thermo mechanical behavior of composites reinforced with shape memory alloys under static uniaxial loading was conducted. By inserting SMA wires inside the host composite the macro mechanical behavior of hybrid composite changed to a bilinear curve which is due to the phase transformation of SMA wires and nonlinear behavior of host composite. Simulated results are compared with available data in the literature. Validated model is used to evaluate the effect of various parameters as, wires pre-strain, temperature, interface conditions between SMA wires and Epoxy matrix on hybrid composite behavior. Also a theoretical method was developed to calculate the compressive and tensile strain induced in host composites and wires, after releasing of SMA wires. According to the results obtained, considering weak interface between SMAs wires and matrix improved simulation results rather than perfect bonding assumption. Pre-strained SMA wires would cause initial compressive stress in the host composite and its value will increased by increasing service temperature, however, it will increased interface separation of SMA and host materials, too. Therefore, in design of Shape memory alloys hybrid composites, optimum amount of applied pre-strain on SMA wires and working temperature should be selected.Keywords: Shape Memory Alloy, Composite, Pre, strain, Weak interface bonding
-
استوانه های جدارنازک به علت وجود نواقصی که به طور ناخواسته و البته اجتناب ناپذیر در حین ساخت قطعه، جابجایی یا در هنگام نصب بوجود می آید و یا در طبیعت مواد سازنده قطعه وجود دارد تحت بار های فشاری محوری در باری کمتر از بار شکست بحرانی دچار کمانش می شوند. امروزه برای طراحی استوانه های جدار نازک از گزارش NASA SP-8007 استفاده می شود که استخراج آن حاصل از آزمون های کمانش استوانه های فلزی است و برای استوانه های کامپوزیتی طراحی نشده گرچه در زمینه استوانه-های کامپوزیتی نیز از آن استفاده می شود و علاوه بر آن نتایجی بسیار محتاطانه را پیش بینی می کند. روش های اعمال نواقص هندسی شامل روش اصلاح شده استفاده از شکل-مود های حاصل از حل خطی کمانش (M-LBMI) و اعمال بار تحریک کننده عرضی (SPLI) برای استوانه های بدون سوراخ و با سوراخ دایروی در این مقاله انجام شده است. برای تایید نتایج عددی استوانه های کاپوزیتی جدار نازک با لایه چینی [90/+23/-23/90] ساخته شده و تحت بار فشاری محوی آزمون کمانش شدند. نتایج تجربی بدست آمده دقت نتایج عددی را تایید می نماید. همچنین نشان داده شد در استوانه بدون سوراخ اعمال نواقص هندسی باعث افت زیاد بار کمانش در مقایسه با حالت بدون اعمال نواقص هندسی است ولی در استوانه های با وجود سوراخ، اعمال نواقص هندسی تاثیری کمتر از 10% در کاهش بار کمانش دارند که این پدیده نشان دهنده اهمیت تاثیر وجود سوراخ بر روی کمانش در مقایسه با وجود نواقص هندسی است.کلید واژگان: کمانش, استوانه های کامپوزیتی, نواقص هندسیWhen a cylindrical shell subject to a compressive load, because of various imperfections happened during processes as manufacturing, handling, assembling and machining, buckling occurs in loads lower than corresponding static failure load. Still many of cylindrical shell structures are designed against buckling based on experimental data introduced by NASA SP-8007 as conservative lower bound curves. In the manuscript, non-linear methods of Modified Linear Buckling Modeshape Imperfections (M-LBMI) and Simple Perturbation Load Imperfections (SPLI) for composite cylindrical shell with and without cutout are investigated. In order to evaluate the numerical results composite cylinder with stacking sequence of [90/�23/90] are manufactured by using filament winding method and buckling tests are performed under axial loading. Non-linear numerical results in cylinder with and without cutout are close together and have good agreement with experimental data. . It was concluded that buckling load predicted by SPLI and modified LBMI method on cylinder with cutout is close to result of case without apply geometric imperfections. In summary, it was concluded that cutout on the cylinder body act as an imperfection to trigger buckling of the structures so there is no need to apply geometrical imperfections.Keywords: Buckling, Composite cylindrical shell, Geometric imperfections
-
تحلیل و بررسی قطعات کامپوزیتی ناچدار در یک سازه به دلیل وجود تمرکز تنش بالا با رفتار نامعین، امری ضروری می باشد. در این تحقیق از روش خرابی پیش رونده برای پیش بینی واماندگی در قطعات ناچدار کامپوزیتی بافته شده شیشه/ اپوکسی که تحت بارگذاری کششی می باشند، استفاده شده است. تحلیل تنش و بررسی اثرات اندازه قطر سوراخ بر آن، با دو روش تحلیلی و عددی انجام شده است. با توسعه یک زیرروال یومت (UMAT) در نرم افزار المان محدود آباکوس، استفاده از روش خرابی پیش رونده سه بعدی امکان پذیر شده است. به دلیل عدم وجود معیار واماندگی مشخص برای کامپوزیت های بافته شده، از معیارهای واماندگی تنش بیشینه، یامادا- سان و سای- وو برای پیش بینی شروع خرابی استفاده شده است. دو روش کاهش خواص ناگهانی و بازگشتی در بحث گسترش خرابی به کار رفته و فاصله مشخصه کششی با روش خرابی پیش رونده و بدون نیاز به آزمایش محاسبه شده است. مقایسه نتایج عددی با نتایج آزمایشگاهی، مطابقت خوبی را نشان می دهد. در پایان با استفاده از فاصله مشخصه کششی به-دست آمده از روش خرابی پیش رونده، امکان تعیین ضریب اطمینان در اتصالات کامپوزیتی به منظور طراحی بهینه فراهم شده است.کلید واژگان: کامپوزیت بافته شده, خرابی پیش رونده, معیار واماندگی, فاصله مشخصه کششیThe analysis of notched composite parts in a structure due to the existence of high stress concentration and undetermined behavior is an exigent issue. In this research, the progressive damage analysis has been applied to predict the failure of notched woven glass- epoxy composite laminates under tensile loading. Stress analysis and investigation of the effect of the hole size on it have been performed by the analytical and numerical methods. Developing an UMAT in the ABAQUS finite element package has made the utilization of the 3D progressive damage analysis feasible. Max. Stress, Yamada- Sun and Tsai- Wu failure criterions have been implemented to predict the damage initiation due to the absence of significant failure criteria for woven composites. Instantaneous and recursive property degradation methods have been used to simulate the damage propagation. The tensile characteristic distance has been computed without any experiments. The comparison of stress and failure analysis with experimental results shows good agreement. Finally, using tensile characteristic length obtained by progressive damage method, the possibility of safety factor determination in the composite joints in order to optimum design has been provided.Keywords: Woven composites, progressive damage, failure criteria, tensile characteristic distance
-
در این مقاله رویکردی تحلیلی برای تعیین توزیع نیرو در اتصالات پیچی کامپوزیتی با لحاظ کردن رفتار غیر خطی الاستیک مواد کامپوزیت ارائه شده است. توزیع نیرو در این روش با نوشتن صریح روابط تعادلی قابل محاسبه است. این روش شامل حلی تحلیلی بر اساس مدل جرم- فنر و ترکیب آن با رفتار غیرخطی مواد است که در آن چندلایه کامپوزیتی و اجزای اتصال به عنوان مجموعه ای از جرم و فنر درنظر گرفته شده است. با استفاده از این روش و تحلیل معادلات تعادل حاکم بر سیستم، نیروی اعمالی بر هر پیچ و جابجایی آن قابل محاسبه است. در این مقاله پس از معرفی این روش، توزیع نیرو بین پیچ ها برای یک اتصال سه پیچ تک ردیفه محاسبه شده است و برای بررسی تاثیر رفتار غیرخطی مواد بر توزیع نیرو در اتصالات، تغییرات نیرو برحسب جابجایی برای این اتصال با مواد خطی و غیرخطی رسم شده است. نتایج بدست آمده بوسیله مدل ارائه شده، افزایش تقریبی 5/2 تا 5 درصدی جابجایی پیچ را برای اتصالات با مواد غیرخطی نشان می دهد. علاوه بر این، در این مطالعه با توجه به تلورانس های ساخت و امکان وجود لقی، تاثیرات لقی در اتصالات با رفتار خطی و غیرخطی نیز مورد بررسی قرار گرفته است.
کلید واژگان: اتصالات کامپوزیتی تک لبه, خواص مکانیکی غیرخطی, لقی, حل تحلیلیIn this paper an analytical approach for determining load distribution in single-column multi-bolt composite joints by considering elastic nonlinear behavior of the composite materials is presented. Load distribution was calculated by writing the governing equations of the motion. This closed form solution is an integration of spring-based models with nonlinear behavior of composite plate materials. Developed method is capable to calculate taken load by each bolt and its displacement by simultaneous solving of governing equilibrium equations of the system. This manuscript specifically focused on the influence of composite material nonlinearity on the load distribution of single bolted composite joints. For this purpose, load changes versus displacement are plotted by taking into account both the linear and nonlinear material behavior. The achieved results via suggested solution revealed that displacements were increased upto 2.5-5 percent in comparison with the results of linear method available in the literature. In addition, due to the manufacturing tolerances, bolt–hole clearances can vary within allowable limits and fits. Therefore the effect of bolt hole-clearance on the composite joints with linear and nonlinear material properties was also investigated.Keywords: Bolted composites joints, effects of nonlinear behavior, bolt, hole clearance, analytical solution -
در این مقاله، خصوصیات ارتعاشات آزاد و کمانش مربوط به صفحات نازک کامپوزیتی چند لایه متقارن بیضوی تحت بار نرمال داخل صفحه ای مرزی اولیه و بر روی بستر الاستیک از نوع وینکلر، بر مبنای تئوری کلاسیک صفحات لایه ای بررسی گردیده است. معادلات حاکم با استفاده از رویکرد حساب تغییرات نوشته و به وسیله روش ریتز حل شده اند. نتایج عددی برای سه فرکانس طبیعی اول به صورت تابعی از بار داخل صفحه ای برای شرایط مرزی متداول آزاد، گیردار و ساده ارایه شده است. همچنین اثر جهت گیری الیاف بر فرکانس های طبیعی و بارهای کمانشی صفحات زاویه دار متقارن چند لایه با توالی لایه چینی [(β /-β / β /-β)]s، مورد مطالعه قرار گرفته است. در انتها نیز شکل مدهای ارتعاشی دو بعدی صفحات نشان داده شده است. دقت محاسبات با همگرایی بسیار مناسب نتایج بررسی گردیده و همچنین صحت نتایج با مقالات موجود و داده های نرم افزار المان محدود تصدیق شده است.
کلید واژگان: نیروهای کمانشی, ارتعاشات آزاد, صفحات کامپوزیتی, بستر وینکلرBuckling and vibration characteristics of thin symmetrically laminated elliptical composite plates under initial in-plane edge loads and resting on Winkler-type elastic foundation are presented based on the classical laminated plate theory. The governing equations are obtained from the variational approach and solved by the Ritz method. Extensive numerical data are provided for the first three natural frequencies as a function of in-plane load for various classical edge conditions (free، clamped and simply supported). Moreover، the effects of fiber orientation on the natural frequencies and buckling loads of laminated angle-ply plates with stacking sequence of [(β /-β / β /-β)]s، are studied for chosen foundation parameter. Also، selected deformation mode shapes are illustrated. The accuracy of calculations is checked by performing good convergence studies، and the correctness of results is established by comparison with the existing results in the literature as well as FEM data.Keywords: Buckling forces, Natural vibrations, Composite laminates, Winkler foundation -
شناخت دقیق رفتار کامپوزیت ها در بارگذاری خستگی به منظور طراحی سازه های قابل اعتماد ضروری به نظر می رسد. ولی با توجه به رفتار متفاوت کامپوزیت ها نسبت به مواد سنتی معرفی معیاری که بتواند نماینده واقعی رفتار خستگی این مواد باشد، بسیار مهم است. در این پژوهش، انرژی کرنشی باقی مانده به عنوان یک معیار خستگی معرفی شده و در مدلی استاتیک و درشت مکانیکی برای پیش بینی عمر خستگی کامپوزیتی تک جهتی در جهت های مختلف استفاده شده است. در مدل ارائه شده در این پژوهش بر خلاف مدل های بر پایه تنش، هر دو عامل کاهش سفتی و استحکام برای پیش بینی عمر خستگی به کار گرفته شده است. انرژی کرنشی باقی مانده در هر چرخه با استفاده از مدل های سفتی و استحکام باقی محاسبه شده است. نتایج تجربی موجود برای کامپوزیت های تک جهتی کربن اپوکسی در نسبت تنش های صفر و 1/0 و وضعیت های تنش 50، 60، 70 و 80 درصد استحکام استاتیکی با نتایج پیش بینی شده به کمک مدل هم خوانی خوبی دارند.
Because of inhomogeneity and anisotropy of composite materials, defining a unique fatigue criterion to be suitable for different loading conditions is much more difficult in comparison with traditional materials. For this reason many tests on evaluating the damages such as crack density, stiffness reduction and residual strength are used by various researchers to monitor the fatigue process. In this research the residual strain energy density is defined as a suitable fatigue measure and used in a micromechanical static failure model to predict the fatigue life of unidirectional composites in different fiber load angles. In contrast to stress based fatigue models the new developed model employed both stiffness and strength reduction to predict the fatigue life with more accuracy. To measure the residual strain energy density stiffness and strength failure of models given by Shokrieh et al. are modified and used in this research. Available experimental data on unidirectional carbon/epoxy composites with the stress ratios of R=0 and 0.1 on stress states of 50, 60, 70 and 80 percent of static strength are used to evaluate the proposed model. The results predicted by the model underestimates the fatigue life in comparison with the experimental data.Keywords: fatigue modeling, residual strain energy, carbon, epoxy composite, unidirectional layer, composite -
-
در این تحقیق یک مدل جدید خستگی برای پیش بینی عمر خستگی تک لایه های کامپوزیتی تحت بارگذاری خستگی با دامنه ثابت و برای حالت های بارگذاری کششی-کششی و فشاری- فشاری ارائه شده است. مدل ارائه شده یک مدل نرمالیزه بر پایه روش انرژی بوده و از عدد تخریب استاتیکی معیار ساندو (Sandhu) بعنوان یک سنجه جدید خستگی استفاده نموده است. این مدل قادر به پیش بینی عمر خستگی کامپوزیت های تک جهته با جهت های دلخواه، برای کلیه وضعیت های تنش و نسبت تنش های مثبت می باشد. با استفاده از این مدل کلیه نتایج بدست آمده از نسبت های مختلف تنش و جهت های مختلف الیاف به یک منحنی اصلی خلاصه می شوند. نتایج پیش بینی شده توسط مدل و نتایج آزمایشگاهی موجود در مقالات از همخوانی بسیار خوبی برخوردار هستند.
کلید واژگان: روش انرژی, کامپوزیت های پلیمری, مدل سازی خستگی
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.