بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، تأثیر میزان خمش بر آسیب ایجاد شده در کامپوزیتهای پلیمری با استفاده از نرمافزار شبیه ساز آباکوس1 به روش عددی اجزای محدود بررسی شدهاست. بدین منظور نمونههای کامپوزیتی به صورت چهارلایه مدلسازی شده و پس از تعریف پارامترهای مهندسی جهت تعریف لایهها، آسیبهای ایجاد شده بر اثر خمش، طی سه گام2 دینامیک3 در فضای اکسپلیسیت4 با استفاده از روش استحکام کششی باقیمانده مورد بررسی قرار گرفته-است. در گام اول نمونههای مدل شده تحت خمش سه نقطهای در خیزهای مختلف - 20، 15، 10، - 5 میلیمتر قرارگرفتند.
در گام دوم فک خمش به محل اولیهی خود بازگشتهاست و در گام سوم، نمونههای حاصل از خمش تحت کشش قرار گرفتهاند. برای تعیین استحکام کششی باقیمانده، نمونهی کامپوزیتی مدل شده، تنها تحت کشش قرار گرفت. با محاسبهی استحکام کششی باقیمانده در نمونهها، میزان آسیب ناشی از خمش در خیزهای متفاوت مورد مطالعه و ارزیابی قرار گرفتهاست. نتایج نشان میدهد، از 5 تا 63 درصد استحکام در کامپوزیتهای بازالت/ اپوکسی در خیزهای 20 تا 5 میلیمتر باقیمانده است.
مقدمه
کامپوزیت مادهای دو یا چند جزئی است که خصوصیات مادهی نهایی آن به ترکیبی از خواص اجزا میباشد. امروزه کامپوزیتها در صنعت از اهمیت خاصی برخوردارند و بیشترین کامپوزیتهای پیشرفته رایج کامپوزیتهای زمینه پلیمری میباشد.[1] کامپوزیتهای تقویت شده با الیاف ممکن است در حین استفاده در معرض انواع نیروها قرار گرفته و دچار آسیبهایی از جمله شکستن ماتریس،جداشدن پیوند بین ماتریس و الیاف، جداشدن لایهها و شکستن یا پارگی الیاف تقویت-کننده شوند. نیروی خمشی از جمله نیروهایی است که ممکن است در حین شکلپذیری و اعمال نیرو در هنگام استفادهی کامپوزیت بر آن وارد شود.
کامپوزیتهای تقویت شده با الیاف ترد مانند کامپوزیتهای تقویت شده با بازالت و شیشه ممکن است در اثر خمش دچار آسیبهایی نظیر پارگی الیاف تقویتکننده در اثر کشیده شدن، شکست در سطح خارجی کامپوزیت در اثر کشش، فشار یا برش بینلایهای شوند[2]، بنابراین با بررسی خواص و رفتار خمشی کامپوزیتها پرداخته اند. آقای دیان و همکارانش با استفاده از خمش سه نقطهای، خواص خمشی و مکانیزمهای شکست را بررسی کرده اند.[3] در بررسیای عملکرد مکانیکی طولانی مدت با تمرکز بار خمش روی کامپوزیت پلیمری تقویتشده با الیاف شیشه بررسی شده و استحکام خمشی باقیمانده در آن برای بلندمدت پیشبینی شده است.[4]
واکنشهای متفاوت ورقههای کامپوزیتی دارای الیاف کربنی یک جهته، تحت کشش و فشار در یک آزمون خمش سه نقطهای مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است.[5] یکی از روشهای بررسی میزان آسیب در اثر خمش در کامپوزیتها، روش استحکام باقیمانده کششی است که احمدی و همکارانش تأثیر میزان خمش بر آسیب ایجاد شده در نمونه-های کامپوزیتی خالص و هیبرید درونلایهای تقویت شده با الیاف ترد - بازالت - و الیاف انعطافپذیر - نایلون - را مورد بررسی قرار داده و میزان آسیبهای ایجاد شده در اثر خمش در خیزهای مختلف را با روش استحکام کششی باقیمانده بیان کرده است.[6]
برخی مواقع ممکن است عیوب و ترک-های بحرانی در ساختارهای کامپوزیتی شناسایی نشوند، همچنین در آزمونهای تجربی، نیاز به صرف زمان و هزینهی زیادی میباشد. محققان برای رفع مشکلات ناشی از زمان و هزینه و پیچیدگی آزمونهای مکانیکی، روشهای عددی را برای تحلیل و بررسی نمونههای کامپوزیتی پیشنهاد کردهاند. تحقیقات زیادی براساس بررسی عددی رفتار خمشی در کامپوزیتهای پلیمری صورت گرفته است.
کونسا و همکارانش با استفاده ازآنالیز عددی به تجزیه و تحلیل سهبعدی کامپوزیت تحت خمش سه نقطه ای در سه مقیاس ساختاری پرداخته اند و گزارشی از تغییر شکل و مکانیزم آسیب ارائه دادهاند.[7] هیمایات و همکارانش نیز کامپوزیتهای مورد استفاده برای محصولات ورزشی را تحت آزمون خمش دینامیک قرار دادند و آسیبهای ایجاد شده را بررسی کردند.[8] از روشهای عددی مرسوم، روش اجزا محدود میباشد که یکی از شیوههای محاسبا پر قدرت در حل مسائل پیوسته است. این روش قابلیت حل مسائل از تحلیل خطی ساده تا پیچیده ترین مدلسازی غیر خطی را دارا میباشد. برنامه شبیهسازی آباکوس، نرم افزاری قدرتمند برای تحلیلهای المان محدود میباشد.
.3 روش تحقیق
ورق کامپوزیتی به صورت پوستهی تغییرشکل پذیر مستطیل شکل به ابعاد 30*100 میلی-متر و فک متحرک بالایی و تکیهگاههای پائینی به شکل پوستهی استوانهای به صورت جسم صلب1 به ترتیب با سطح مقطعهای بیضی به قطر 5*4 و دایره به قطر 3 میلیمتر در فضای سهبعدی رسم شد. مشخصات فیزیکی،ابعادی و مکانیکی کامپوزیت، طبق جدول 1 تعریف شده است. پارچهی تقویتکننده در دو راستای تار و پود دارای خواص و ساختار یکسان بوده، این بدان معناست که در لایههای کامپوزیت مدل شده، G12=G23=G13 ,E1=E2 بوده است. برای بررسی آسیبهای حاصل از خمش، معیار شکست تنشی2 با استفاده از ماکزیممهای تنش کششی، فشاری و برشی - جدول - 2 تعریف شد.
