بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله ابتدا روابط سه بعدي حاکم بر کامپوزیت هاي لایه اي کربن-کربن مورد بررسی قرار گرفته است. نحوه بدست آوردن ماتریس سفتی و نرمی لایه تک جهته، ماتریس سفتی یک کامپوزیت سه بعدي لایه اي و هم چنین تنش هاي حرارتی ایجاد شده در این کامپوزیت ها تعیین شده و سرانجام اشاره اي نیز به معیار تخریب انتخاب شده براي این مقاله و نحوه برخورد با مسائل غیر خطی شده است. سپس رفتار مکانیکی دو کامپوزیت کربن-کربن سه بعدي لایه اي با آرایش هاي صفحات متعامد [904/04]s - Cross-ply - و زاویه اي [454/-454]s - Angle-ply - در اثر افزایش نیروي خارجی اعمالی در دماي 300 کلوین - دماي اتاق - تا تخریب نهایی کامپوزیت مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. در انتها رفتار مکانیکی این دو کامپوزیت در اثر افزایش هم زمان بار خارجی با دما مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته و نتایج این آرایش هاي با یگدیگر مقایسه شده اند.
واژههاي کلیدي: کامپوزیت لایه اي کربن/کربن-تنش هاي حرارتی-معیار تخریب-ماتریس سفتی و نرمی سه بعدي
-1 مقدمه
در سال هاي اخیر کامپوزیت هاي کربن-کربن توجه بسیاري را به خود جلب کرده اند. چون می توان آن ها را به عنوان مهم ترین موادي که قابلیت کارایی در دماي بالا دارند معرفی کرد. خواص انواع کامپوزیت هاي کربن-کربن توسط مولفین زیادي گزارش شده اند. اما تعداد مقالاتی که درباره خواص کامپوزیت هاي کربن-کربن سه بعدي بحث کرده باشند محدود است. رفتار کامپوزیت هاي کربن-کربن سه جهته تحت تنش هاي تک جهته کششی و برشی توسط سیرون و همکاران [1]، استحکام فشاري کامپوزیت هاي کربن-کربن سه جهته توسط هاتا و همکاران [2]، شکست کامپوزیت هاي کربن-کربن سه جهته تحت تنش هاي فشاري توسط شیونگ و همکاران [3]، بررسی ضریب انبساط حرارتی کامپوزیت هاي کربن-کربن سه جهته توسط زیالینگ و همکاران [4]
مدول الاستیسیته الیاف کربن همانند گرافیت تک بلور با افزایش دما کاهش می یابد .[5] مدول الاستیسیته الیاف کربن تا دماي 1000œC با شیب بسیار ملایمی به صورتی خطی با افزایش دما کاهش می یابد به گونه اي که می توان حتی تغییرات آن را ثابت فرض کرد و بعد از آن دما با شیب تند تري روند کاهشی را ادامه می دهد .[6,7] همانند الیاف کربن، کامپوزیت هاي کربن-کربن نیز با افزایش دما افزایش استحکام نهایی و کاهش مدول الاستیسیته از خود نشان می دهند .[8]
کرنش هاي حرارتی در حالتی که جسم کاملا براي انبساط کردن آزاد باشد نیرو یا ممانی درآن بوجود نمی آورند. هر چند هر لایه از کامپوزیت لایه اي، به طور جداگانه کاملا براي تغییر شکل آزاد نمی باشد و تغییر شکل آن تحت تاثیر سایر لایه ها قرار دارد. تنش ها در هر لایه به خاطر قید هاي حرکتی که بوسیله لایه هاي مجاور وجود دارد تولید می شوند. کرنش هایی که باعث ایجاد تنش می شوند در اصطلاح کرنش هاي مکانیکی نامیده و به صورت زیر تعریف می شوند می شوند. که در آن εM ماتریس کرنش مکانیکی،εماتریس کرنش کل و εT ماتریس کرنش حرارتی می باشد. که کرنش کل به صورت زیر محاسبه می شود:
hk و hk −1 فاصله بالا و پایین لایه k ام از صفحه میانی است. N T ماتریس نیروي حرارتی می باشد که باعث ایجاد ماتریس کرنش کل در صفحه میانی می شود. نیرو هاي حرارتی همانند نیرو هاي خارجی عمل می کنند. بنابراین در کامپوزیت هاي لایه اي که هم نیروي حرارتی و هم نیروي خارجی به آن اعمال می شود این دو نیرو با یکدیگر جمع شده و باعث ایجاد کرنش در کامپوزیت می گردند .[9] در این مقاله معیار تخریب سه بعدي اصلاح شده هشین براي بررسی وجود تخریب احتمالی در کامپوزیت مورد استفاده قرار گرفته است. در این تحقیق تخریب به صورت پیش رونده - Progressive failure - مدل شده است. در معیار اصلاح شده هشین علاوه بر اینکه وجود احتمال تخریب را تعیین می کند نوع تخریب، تنشی که باعث ایجاد تخریب می شود و تاثیري که تخریب بر خواص مکانیکی لایه تخریب شده می گذارد را مشخص می کند. در هر مرحله از تحلیل اگر لایه اي از کامپوزیت دچار تخریب گردد بسته به نوع تخریت ماتریس سفتی و نرمی آن لایه تعویض و در نتیجه ماتریس هاي سفتی و نرمی کل کامپوزیت
