بخشی از مقاله
خلاصه
هدف از این پژوهش تاثیر پارامترهای نسبت مدول الاستیسیته الیاف ضعیف به قوی بر روی ضریب تمرکز تنش دریک ماده مرکب هیبریدی تک لایه تحت کشش ساده، دارای یک سوراخ بیضوی در مرکز ورق مستطیلی شکل با استفاده از مدل سازی اجزاء محدود میباشد. درمواد مرکب تک لایهی هیبریدی ازالیاف با مدول الاستیسیته ضعیف - - /0و قوی - - +0 به صورت یک در میان استفاده شده است، در این تحقیق طول ورق بی نهایت، نیروی وارد بر تک لایه یک نیروی کششی، و نیز الیاف در لایهها تک جهته در نظر گرفته شده است و تاثیرنسبت مدولهای الاستیسیته الیاف بر روی ضریب تمرکز تنش بررسی شده است.
نتایج نشان داد که هر چه تعداد الیاف شکستهشده بیشتر شود مقاومت ورق در برابر تنش اعمال شده کمتر بوده و تنش بیشتری به آن وارد میشود همچنین ضریب تمرکز تنش در حالتی که سوراخ توسط الیاف ضعیف احاطه شده است کمتر از زمانی است که توسط الیاف قوی احاطه شده است. همچنین نتایج نشان دادکه با افزایش نسبت5 ضریب تمرکز تنش کاهش می یابد. تنش برشی با افزایش نسبت مدولهای الاستیسیته کاهش مییابد. همانند چنین نتیجهای نیز در تحلیل ضریب تمرکز تنش مشاهده شده بود.
.1مقدمه
مواد مرکب هیبریدی به دلیل نسبت استحکام به وزن و سفتی بالا، مقاومت بالا در مقابل کمانش و خستگی و بسیاری خواص مطلوب دیگر کاربرد زیادی در صنایع مختلف به ویژه صنایع هوانوردی پیدا کردهاند. در صنعت هوانوردی وجود هر گونه نقص به صورت سوراخ و یا ترک به خصوص در محل پیچ و پرچ باعث افزایش تنش در قطعات و شکست میشود که بسیار خطرناک است. بنابراین به منظور پیش بینی مشکلات احتمالی در مقاومت مکانیکی و طول عمر این سازهها انجام یک سری از آزمایشات خستگی استاتیک و مطالعه اجزاء محدود روی این مواد و نیز محاسبهی تمرکز تنش در اطراف سوراخهای دایرهای و بیضوی در ورقهای مواد مرکب تحت بار کششی طولی ، لازم و ضروری به نظر میرسد. در مواد تک لایه با الیاف پیوسته بلند، الیاف با کسر حجمی متفاوت در ماتریس قرار گرفتهاند و خواص مکانیکی مواد مرکب به کسر حجمی الیاف وابسته است و از طرف دیگر با توجه به اینکه الیاف معمولا تردو شکننده و ماتریس نرم و انعطاف پذیر می باشد اهمیت تمرکز تنش در الیاف و محاسبه آن بیشتر میشود.
هدف از این تحقیق تاثیر نسبت مدول های الاستیسیته الیاف بر روی ضریب تمرکز تنش و تنش برشی می باشد.
تقیپور بیرگانی و شیشه ساز در تحقیقی به بررسی تمرکز تنش در اطراف یک سوراخ در یک ماده مرکب هیبریدی تک لایه با الیاف بلند پرداختند. از روش شیرلگ اصلاح شده در این تحقیق برای بررسی محدوده تنش و جابجایی الیاف استفاده شد. نتایج نشان داد که شکل و اندازه سوراخ، و همچنین طول ناحیه پلاستیک، تاثیر قابل توجهی بر تمرکز تنش در تک لایهی هیبریدی دارند و علاوه بر این شکل و اندازه سوراخ و نیز نسبت سفتی الیاف با مدول الاستیسیته پایین به الیاف با مدول الاستیسیته بالا و نیز طول منطقه پلاستیک اثر قابل توجهی بر روی تنش های برشی و نرمال در ماتریس و الیاف دارند.
تقیپور بیرگانی با هدف بررسی اثر کسرهای حجمی الیاف و ماتریس بر روی تمرکز تنش در اطراف سوراخ در مواد مرکب و با استفاده از مدل شیرلگ به این نتیجه رسید که علاوه بر کسرهای حجمی الیاف و ماتریس، طول منطقه پلاستیک نیز اثر قابل توجهی بر روی تمرکز تنش در لایه دارد. میتال و همکاران[4]، در تحقیقی با استفاده از روش اجزاء محدود اثر جهت گیری الیاف بر روی تمرکز تنش در اطراف یک سوراخ در مواد مرکب تحت بارگذاری عرضی را بررسی نمودند. نتایج برای چهارشرایط مرزی مختلف بدست آمد و به این نتیجه رسیدند که با تغییر زاویه جهتگیری الیاف - - فاکتور تمرکز تنش تحت تاثیر قرار گرفته و نسبت مدول الاستیسیته الیاف تاثیر بسزایی بر روی ضریب تمرکز تنش دارد.
جعفری و اردلانی ، تمرکز تنش در اطراف سوراخهایی با شکلهای مختلف هندسی در یک ورق فلزی بی نهایت را بررسی نمودند. در این تحقیق از روش حداقل مربع و از نرم افزار آباکوس استفاده شد. نتایج نشان داد که عواملی مانند : ضخامت لبه سوراخ، زاویه چرخش سوراخ، شکل سوراخ و اندازه سوراخ تاثیر معنیداری بر روی تمرکز تنش دارند. در ضمن به علت بارگذاری تک محوره ضریب تمرکز تنش با تغییر شکل، ضخامت و اندازه سوراخ تغییر میکند. در ورقهای بی نهایت شامل سوراخهای مربعی و شش ضلعی با دارا بودن طیف وسیعی از ضخامت، ضریب تمرکز تنش مطلوب کمتر از ضریب تمرکز تنش در صفحات مشابه با یک سوراخ دایرهای می-باشد.
شیشه ساز و ملکی در تحقیقی با هدف بررسی شکل سطح مقطع فیبر و فاصلهی بین آنها بر توزیع تنش در مواد مرکب هیبریدی در حضور یک ترک و با استفاده از مدل شیرلگ به این نتیجه رسیدند که فیبرهای مثلثی شکل تنش برشی در ماتریس را بیش از الیاف دایرهای شکل کاهش میدهند. با کاهش زاویه مربوط به شکل، سطح مقطع الیاف مثلثی شکل، تنش برشی بدست آمده بیش از پیش کاهش یافته در حالی که حداکثر تنش کششی در الیاف حداکثر ثابت باقی میماند.
شیشه ساز و همکاران در تحقیقی باهدف بررسی تنش گذرای ناشی از شکسته شدن الیاف در اتصال چسبی تک لبه و استفاده از مدل شیرلگ و روش تفاضل محدود صریح به این نتیجه رسیدند که با افزایش تعداد الیاف گسسته شده و جابهجایی محل گسستگی بهسمت لبهها، ضریب تمرکز تنش در سازه مرکب افزایش مییابد. مضافا، میزان تنش برشی ایجاد شده در ماتریس و چسب با افزایش مدول الاستیسیته الیاف کاهش مییابد.
.2× مدل هندسی
مدل هندسی مورد بررسی ورقی کامل مستطیلی شکل است که ضخامت آن بسیار کم و به میزان ضخامت الیاف بوده و تحت کشش ساده از دو طرف قرار دارد و دارای سوراخی بیضیشکل در مرکز ورق است که دارای شعاع بزرگ D و شعاع کوچک E است. ورق مد نظر نظر از 1 فیبرتشکیل شده است بهطوریکه لایه ابتدایی از الیاف قوی و سپس ماتریس و پس از آن لایه الیاف ضعیف و مجدد ماتریس و به همین منوال ادامه دارد در صورتی که لایه میانی ورق مورد بررسی از جنس قوی است که در شکل 1 نشان داده شده است.
