بخشی از مقاله
چکیده
مخازن تحت فشار در کاربردهاي تجاري و صنایع هوا و فضا و همچنین حمل و نقل به طور گستردهاي استفاده میشوند.فرایند رشته پیچی، به عنوان تکنیک موثر و مناسب جهت تولید انبوه مخزن تحت فشار کامپوزیتی مورد استفاده قرار میگیرد. معمولاً یک نیروي کششی که اصطلاحاً کشش نام دارد بر باند الیاف وارد میشود تا الیاف بر روي مسیر مورد نیاز خوابانده شود. هنگامی که الیاف تحت کشش قرار بگیرند، تنشی شعاعی بر روي لایه هاي پیچیده شده و تنشی محیطی از خود به جاي میگذارد. این تنشهاي پسماند می توانند محدودیتی را براي اعمال کششهاي بیشتر در فرایند رشته پیچی ایجاد نمایند. بعلاوه، استحکام لاینر جهت تحمل کشش و عدم پیوستگی الیاف میتوانند محدودیتهاي دیگري باشند. در این مقاله، مسیر صفحهاي سر به نیمه به عنوان الگوي پیچش، لاینري از جنس پلیاتیلن با چگالی بالا و رزین ترموستی - اپوکسی - به عنوان زمینه تقویت شده با الیاف کربن انتخاب میشوند. لاینر داراي قطر خارجی 89/5 میلیمتر، 5 میلیمتر ضخامت، 220 میلیمتر طول با انتهاي هندسی ژئودزیک میباشد. برنامه المان محدود 2 بعدي - 2D - به منظور تخمین رفتار مکانیکی مخازن تحت فشار کاري 20 مگاپاسکال با ضریب ایمنی 1/5 مورد استفاده قرار گرفته شد. کشش در بازه 10 تا 40 نیوتن بر روي باند 3/5 میلیمتري اعمال شد. در نهایت، با مقایسه تنشهاي فون میزز در لاینر، تنشهاي ناشی از فشار داخلی و تنشهاي پسماند ناشی از کشش در الیاف و با استفاده از معیار شکست تساي- وو، کشش مناسب در الیاف بدست آورده شد.
مقدمه
عملیات رشتهپیچی، تکنیک اساسی ساخت ساختارهاي متقارن تحمل کننده بار کامپوزیتهاي بر مبناي فایبر و زمینه پلیمري میباشد. در این پروسه امکان خواباندن تقویتکنندههاي پیوسته در سرعت و دقت بالا بر مسیرهاي از پیش تعریف شده وجود دارد. این فرایند دربردارنده پیچش الیاف پیوسته و آغشته به رزین بر روي مندرل دوار است و به وسیله تغییر در پارامترهاي فرایند همچون کشش الیاف، زاویه پیچش، و درصد رزین در حین خواباندن الیاف، ضخامت مطلوب قطعه لایه چینی و درصد حجمی فایبر بدست میآید. همچنین، رشتهپیچی یکی از مفیدترین روشهاي ساخت پوستههاي جدار نازك دورانی میباشد که میتواند در تولید ساختارهاي کامپوزیتی با هندسه پیچیده همچون مخزن کامپوزیتی تحت فشار نیز استفاده شود. مخازن تحت فشار جایگاه خود را در صنایع هوا و فضا، صنایع خودرو و بخشهاي نظامی یافت کرده است. این جایگاه بدلیل نسبتهاي بالاي استحکام به وزن آنها بیشتر مورد توجه است. به دلیل خواص ویژه آنها، نیاز به روشهاي طراحی ساده و تحلیل موثر اینگونه ساختارها ضروري میباشد
پیشینه تحقیق
در مرجع - Rosato, Grove, 1964 - تنشهاي پسماند ناشی از پیچاندن کشش باند ترموپلاستیکی مطالعه شده است. سپس لو و همکارانش با ارائه معادلاتی از تنشهاي محیطی و پیشنهاد افزایش یا کاهش در کشش لایهها توانستند نتایج خوبی بدست آورند. در نهایت با ساخت نمونه حلقهاي و یافتن تنشهاي پسماند - توسط برش نمونه و اندازهگیري کرنشها - نتایج خود را صحت گذاري کردند . - Lu et al, 2005 - ال ژائو و همکارانش بر روي المان محدود فرایند رشته پیچی تر مطالعه کردهاند . - Zhao et al, 2001 - هدف کلی از تحقیق آنها، محاسبه نسبت حجمی فایبر تحت تعدادي از شرایط موثر همچون کشش الیاف میباشد. آنها از مدل صلب شدگی فایبر جهت تشریح اثر فشار تراکم شعاعی خارجی القا شده ناشی از لایه جدید بر روي لایههاي پیچیده شده استفاده کردهاند. کوسیوس و برگسما بر روي تأثیر بعضی از پارامترهاي پیچش همچون سرعت فایبر، کشش الیاف، پهناي الیاف بر روي اصطکاك بین الیاف و سطح مندرل تحقیق کردهاند . - Koussios, Bergsma, 2006 - آنها نتیجه گرفتهاند که کشش فایبر بر روي مقادیر اصطکاك تأثیر قابل توجهی ندارد. مرتینی و الایین در تحقیق تجربی خود بر روي اثر کشش الیاف بر روي خواص فیزیکی و مکانیکی قطعه لولهاي کامپوزیتی رشته پیچی شده متمرکز کردهاند . - Mertiny et al, 2004 - همانطور که آنها نتیجه گرفتهاند، کشش بیشتر در پیچش موجب مقاومت بهتر در مقابل گسیختگی قطعه کامپوزیتی خواهد شد. اس کی ها و همکارانش بر روي مطالعه تحلیلی و تجربی کرنش پسماند در حلقه کامپوزیتی رشته پیچی شده ضخیم تحقیق کردهاند - . - Ha et al, 2003 در این تحقیق توسط آنالیز دو بعدي، دماي هم ارز - مجموع تغییرات دماي پخت و افتهاي دماي ناشی از انقباض مکانیکی - تغییر یافته و موقعیت و مقدار تنش و کرنش اشتقاق یافته است. سپس با استفاده از روش جدایش حلقه نتایج خود را صحت دادهاند. مدلی براي فرایند رشته پیچی سیلندرها توسط بانرجی و همکارانش ایجاد گردید که در آن شرایط فرایند - همچون کشش فایبر - نسبت به دما، درجه پخت، نسبت حجمی فایبر و تنشها و کرنشهاي در میان سیلندر کامپوزیتی را مرتبط میسازد . - Banerjee, 1998 - آنها به ویژه بر روي مدل حرکت فایبر کار کردند تا حرکت هر لایه را بر روي لایههاي پیشین و تراکمشان تشریح کنند.
