بخشی از مقاله
خلاصه
با پیشرفت صنایع در جهان امروز، نیاز به استفاده از مواد ترکیبی به دلیل ضرورتهای اقتصادی و کارآیی برای دستیابی به خواص مطلوب روبه افزایش می باشد. مواد مرکب که از ترکیب الیاف با مقاومت بالا و مدول الاستیسیته زیاد در مقیاس میکروسکوپی و ماکروسکوپی ایجاد میگردند به علت استحکام زیاد و نسبت سختی به وزن بالا، میرایی زیاد و ضریب انبساط حرارتی پائین در صنایع مهندسی در ساخت انواع پوسته ها از جمله پوسته های دوار کاربرد زیادی دارند و با توجه به اهمیت کاربرد این مواد تجزیه و تحلیل دقیق این مواد تحت انواع بارگذاری ها و در اشکال مختلف از اهمیت ویژه ای در علوم مهندسی برخوردار می باشد. مطالعه کمانش پوسته های دوار مواد مرکب با توجه به پیچیدگی هندسه پوسته و وجود انحناهای مختلف در آن و تحت انواع بارگذاری ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
.1 مقدمه
مواد مرکب که از ترکیب الیاف با مقاومت بالا و مدول الاستیسیته زیاد در مقیاس میکروسکوپی و ماکروسکوپی ایجاد میگردند به علت استحکام زیاد و نسبت سختی به وزن بالا، میرایی زیاد و ضریب انبساط حرارتی پائین در صنایع مهندسی در ساخت انواع پوسته ها از جمله پوسته های دوار کاربرد زیادی دارند و با توجه به اهمیت کاربرد این مواد تجزیه و تحلیل دقیق این مواد تحت انواع بارگذاری ها و در اشکال مختلف از اهمیت ویژه ای در علوم مهندسی برخوردار می باشد.
مطالعه کمانش پوسته های دوار مواد مرکب با توجه به پیچیدگی هندسه پوسته و وجود انحناهای مختلف در آن و تحت انواع بارگذاری ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. با توجه به اهمیت تغییر شکل برشی در مواد مرکب از تئوری تغییر شکل مرتبه اول برشی برای آنالیز و از تئوریهای مختلف برای روابط کرنش-جابجایی استفاده شده است. برای محاسبه ماتریسهای سختی روش کار مجازی و نیز ماتریس هندسی نیز از این روش استفاده شده که به اختصار بیان گشته است.
.2 انواع مواد مرکب
مواد مرکب دارای دو ناحیه اصلی شامل ماتریس و تقویتکننده میباشند. مواد کامپوزیتی را میتوان براساس هندسه تقویت کنندههای آنها به پنج دسته تقسیم کرد.
-1 مواد مرکب فیبری متشکل از الیافهای با طول کوتاه یا بلند میباشند - شکل 1الف - .
-2 مواد مرکب ذرهای که شامل ذرات غوطهور در ماتریسها میباشند - شکل1ب - .
به علت اضافه شدن ذرات به صورت اتفاقی، این مواد را معمولاً به عنوان مواد ایزوتروپیک در نظر میگیرند. برای مواد مرکب ذرهای میتوان مزایایی مانند افزایش مقاومت، افزایش عملکرد در برابر حرارت و مقاومت در برابر اکسیداسیون را نام برد. ترکیب شن، ماسه و سیمان مثالی از این نوع مواد مرکب میباشند.
-3 مواد مرکب پوستهای که شامل تقویتکنندههای پوستهای در ماتریسها میباشند - شکل1پ - . از موارد مورد استفاده برای تقویتکنندههای پوستهای به شیشه، میکا، آلومینیوم ونقره نام برد . از مزایایی مواد مرکب پوستهای میتوان به مدول خمشی خارج از صفحه، مقاومت بالا و قیمت پائین نام برد و از معایب این مواد میتوان به سختی جهتگیری پوستهها در ساخت آنها اشاره نمود.
-4 مواد مرکب پرشده - یا اسکلتی - متشکل از یک ماتریس اسکلتی پر شده از مواد ثانوی میباشد - شکل 1ت - .
-5 مواد مرکب لایهای که متشکل از لایههای مختلفی میباشد که هر لایه میتواند مشخصات مکانیکی مختص خود را داشته باشد. از مزایای این مواد میتوان به مقاومت بالا، مقاومت در برابر خوردگی، وزن پایین ، مقاومت در برابر خزش نام برد - شکل 1ث - .
- الف - فیبری - ب - ذرهای - پ - ورقهای - ت - پرشده - ث - لامینه شکل :1 انواع مواد مرکب
استفاده از مواد کامپوزیتی به علت مزایای ذکر شده در صنایعی مانند هواوفضا، صنایع خودرو، صنایع دریایی و صنایع مرتبط با ساختمان در حال گسترش میباشد
الف: اجزاء تشکیل دهنده مواد کامپوزیتی هواپیمای A380 ب: آنتن ایستگاههای فضایی ساخته شده از موادکامپوزیتی
شکل -2پ: استفاده از مواد کامپوزیتی به علت عملکرد مناسب در برابر حرارت در موتور توربین گازی
.3 انواع سطوح
پوسته ها را می توان بر اساس شکل و هندسه توسعه یافته آنها به سه دسته تقسیم کرد:
.1-3 سطوح ایجاد شده از دوران :
این سطوح به وسیله دوران یک منحنی در درون صفحه که معمولاً به عنوان منحنی نصفالنهار معروف است حول یک محور دوران ایجاد میگردند. پوستههای استوانهای و مخروط و گنبدهای کرهای یا بیضوی و هذلولی دوران یافته مثالهای از این نوع پوستهها میباشند
شکل3 سطوح ایجاد شده از دوران
.2-3 سطوح ایجاد شده از انتقال :
این سطوح از انتقال یک منحنی در راستای موازی خود و در راستای منحنی دیگر ایجاد میشوند.
شکل 4 سطوح ایجاد شده از انتقال
