بخشی از مقاله
چکیده
در دهههای اخیر استفاده از کامپوزیتها در صنایع نظامی ، هوا- فضا و غیره گسترش زیادی یافته است. از جمله مزیتهای بارز این گونه مواد که باعث گسترش آنها شده است، میتوان به مواردی مانند وزنکم، نسبت استحکام به وزن بالا، عمر طولانی، عایق حرارتی و صوتی، میرایی و کاهش ارتعاشات اشاره نمود. در سیستم یک لانچر به عنوان اصلیترین قسمت که معمولاً تحت تأثیر بارهای دینامیکی و نیز در بارگذاری های متوالی تحت بارهای سیکلی قرار دارد که باعث بروز پدیده خستگی در سازه میگردد.
به منظور کاهش وزن سلاحها استفاده از کامپوزیت ها راهکار مناسبی به نظر میرسد که اخیراً مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است .هدف این مقاله، تحلیل و بررسی دو لاینر آلومینیومی و فولادی برای لانچر کامپوزیتی تحت بارگذاری ناشی از بارگذاری متوالی میباشد. بدین منظور، در پژوهش حاضر یک لانچر استوانهای با لاینر آلومینومی و فولادی با بارگذاری متوالی طراحی و سپس مورد تحلیل قرار میگیرد. برای مدلسازی سازه، نرمافزار ABAQUS مورد استفاده قرار گرفته و به بررسی توزیع و انتقال حرارت در سازه پرداخته شده است. در نهایت پس از آنالیز حرارتی لانچر تحت بارگذاری ناشی از بارگذاری متوالی و انتخاب مش بهینه، دیاگرام های توزیع حرارت بعد از بارگذاری متوالی لوله ارائه شده است.
کلمات کلیدی: لانچر کامپوزیتی، لاینر آلومینیومی، کامپوزیت تقویت شده با الیاف کربن، تحلیل المان محدود ، بار دینامیکی
مقدمه
با گسترش تکنولوژی مواد مرکب به عنوان مواد مهندسی مناسب برای کاربردهای مختلف شامل قطعات اتومبیل، محصولات ورزشی، قطعات هوافضایی، قطعات سلاحها و . . . طراحی و ساخته شده است. سبکی مواد مرکب و کارآیی بسیار مناسب مقاومت به دانسیته و سختی به دانسیته این مواد باعث توسعه کاربرد این مواد در مقایسه با مواد دیگر شده است و در نتیجه جایگزین مناسبی برای فولاد در بسیاری از صنایع شده است.
جایگزینی مواد مرکب به جای فولاد باعث کاهش وزن قطعات بین 60 تا 80 درصد میباشد. به کارگیری کامپوزیت ها در تسلیحات دفاعی روند رو به رشدی داشته است و در این بین تفنگهای تمام کامپوزیتی به تعداد محدودی ساخته میشوند ولی کامپوزیتی کردن بخشی از اسلحه معمولتر است .برای مثال ضخامت لوله فولادی تفنگ را کاهش میدهند و روی آن یک پوشش کامپوزیتی میپیچند که این کار باعث سبک شدن سلاح میشود.
در این مقاله یک لانچر استوانهای با لاینر آلومینیومی و فولادی با بارگذاری ناشی از شلیک راکت طراحی و در این تحلیل مورد نظر قرار گرفته است. برای مدلسازی سازه انتقال حرارت، نرمافزار آباکوس مورد استفاده قرار گرفته و به بررسی و انتقال حرارت در سازه پرداخته شده است. در نهایت پس از آنالیز حرارتی لانچر تحت بارگذاری ناشی از شلیکهای متوالی به بررسی انتخاب لاینر مناسب برای لانچر کامپوزیتی با لاینر فلزی طراحی شده پرداخته میشود.
با استفاده از روشهای عددی به تحلیل مخازن کامپوزیتی تحت فشار داخلی با لایه کامپوزیتی پیچیده شده به دور لاینر فلزی پرداخته است. او مخزن را به صورت یک سازه الاستیک، با لاینر فلزی که توسط کامپوزیت الاستیک شبه ایزوتروپیک احاطه شده، مدل نموده است و همکارانش مطالعهای روی تولید مخازن کامپوزیتی تحت فشار با ابعاد بزرگ انجام دادهاند. مخاز مورد مطالعه از لاینر ترموپلاستیکی ، الیاف شیشه و زمینه پلیمری ساخته شدهاند. پلی اتیلن با چگالی بالا به عنوان لاینر انتخاب و با الیاف شیشه در چند لایه پوشانده شده است.
در پژوهش دیگری جیا و همکارانش اثر زاویه پیچش الیاف را بر خواص مکانیکی مخزن تهیه شده از کامپوزیت زمینه پلیمری بررسی کردند. جنس زمینه کامپوزیت از رزین اپوکسی و الیاف به کار رفته کربن بود. نتایج پژوهش آن ها نشان داد، با افزایش زاویه پیچش الیاف استحکام فشاری و مدول فشاری کاهش مییابد
اثر زاویه پیچش الیاف بر مدول فشاری و استحکام فشاری سیلندر ساخته شده از الیاف کربن آنالیز شکست مخازن آلومینیومی تقویت شده با کامپوزیت مورد بررسی قرار داده است. در این تحقیق از الیاف گرافیت و شیشه تحت زوایای 30 ، 45 ، 55 ، 65 ، 75 و 90 درجه بوسیله اپوکسی جهت تقویت مخزن استفاده شده است و بهینه ترین حالت در زاویه 55 درجه با الیاف شیشه بدست آمده است. دنگ با استفاده از روش المان محدود ، مخازن کامپوزیت استوانه ای را با روشسعی و خطا و همچنین ایجاد یک حفره ناشی از خوردگی مورد بررسی تحلیل خستگی قرار داده است.
نتایج
تحقیقات انجام شده توسط توتارو و نیکولا در سال 2012 نشان می دهد که استفاده از کامپوزیت زمینه پلیمری در کاهش وزن لانچرهای فضاپیما موثر واقع بوده و لانچر ساخته شده در آزمون مکانیکی نتایج قابل قبولی ارائه داده است. آن ها از روش رشته پیچی برای ساخت لانچر استفاده کردند و لاینر مورد استفاده از جنس آلومینیوم بود.
