13405

13405

درهم‌شكني ديناميكي كامپوزيت‌هاي لايه‌اي پرشده با نانورشته‌هاي كربن

دكتري

مكانيك

آبان 1393

آبان 1393

محمود مهرداد شكريه

چكيده در اين تحقيق هدف پيش‌بيني رفتار مكانيكي وابسته به نرخ كرنش كامپوزيت لايه‌اي تقويت شده با نانورشته‌هاي كربن با رويكرد مايكرومكانيكي مي‌باشد. از مدل تخريب پيشرونده ديناميكي براي پيش‌بيني درهم‌شكني ديناميكي كامپوزيت لايه‌اي پرشده با نانورشته‌هاي كربن در بارگذاري‌هاي ديناميكي مي‌توان استفاده نمود. در اينجا، رفتار مكانيكي مواد كامپوزيتي تحت بارگذاري ديناميكي تا تخريب نهايي درهم‌شكني ديناميكي خوانده مي‌شود. مدل تخريب پيشرونده ديناميكي نيازمند خواص مادي وابسته به نرخ كرنش تك‌لايه‌هاي كامپوزيت در محدوده وسيع نرخ بارگذاري مي‌باشد. ضمناً مشخصه‌سازي خواص مكانيكي مواد كامپوزيتي تحت بارگذاري‌هاي ديناميكي كاري دشوار، پرهزينه و زمان‌بر است. بنابراين جهت كاهش اين دشواري‌ها و هزينه‌‌هاي سنگين، در اين تحقيق يك مدل مايكرومكانيكي وابسته به نرخ كرنش براي مواد كامپوزيتي پليمري توسعه داده شده است. جهت توسعه يك مدل مايكرومكانيكي وابسته به نرخ كرنش، ابتدا يك معادله ساختاري وابسته به نرخ كرنش، براي شبيه‌سازي رفتار ديناميكي پليمر استفاده مي‌شود. سپس، يك مدل مايكرومكانيكي براي پيش‌بيني رفتار مكانيكي وابسته به نرخ كرنش پليمر‌هاي تقويت‌شده با نانوذرات توسعه داده شده است. همچنين، يك مدل مايكرومكانيكي وابسته به نرخ كرنش، براي پيش‌بيني منحني تنش-كرنش شامل خواص الاستيك و استحكامي كامپوزيت‌هاي اليافي تك‌جهته ارائه شده است. آنگاه با استفاده از خواص مكانيكي پيش‌بيني شده براي پليمر تقويت شده با نانوذرات، خواص مكانيكي كامپوزيت‌هاي اليافي تك‌جهته پرشده با نانوذرات محاسبه مي‌شود. در انتها نيز با استفاده از مدل تخريب پيشرونده ديناميكي، درهم‌شكني ديناميكي كامپوزيت لايه‌اي پر شده با نانوذرات در نرخ كرنش دلخواه پيش‌بيني مي‌گردد. براي اجراي مدل مايكرومكانيكي وابسته به نرخ كرنش، نياز است كه خواص اجزاي سازنده كامپوزيت در محدوده نرخ كرنش مورد بررسي فراهم باشد. لذا در اين تحقيق، علاوه بر انجام آزمايش‌هاي مشخصه‌سازي براي اجراي مدل مايكرومكانيكي وابسته به نرخ كرنش، آزمايش‌هايي نيز جهت بررسي و مطالعه تأثير حضور نانورشته‌هاي كربن و نرخ بارگذاري در پليمرهاي تقويت‌ شده با نانورشته‌هاي كربن و الياف، طراحي و اجراء گرديد. براي ارزيابي مدل مايكرومكانيكي وابسته به نرخ كرنش، نمونه‌هاي نانوكامپوزيت نانورشته‌كربن/اپوكسي و كامپوزيت هيبريدي شيشه/نانورشته‌كربن/اپوكسي به ترتيب در نرخ‌هاي بارگذاري تا 〖 s〗^(-1)27/4 و 〖 s〗^(-1)2 آزمايش شده و براي ارزيابي مدل مايكرومكانيكي وابسته به نرخ كرنش، نتايج آزمايشگاهي و پيش‌بيني شده مقايسه گرديدند. مقايسه نتايج آزمايشگاهي و پيش‌بيني شده نشان مي‌دهد كه مدل مايكرومكانيكي وابسته به نرخ كرنش از دقت قابل قبولي براي تخمين خواص مكانيكي وابسته به نرخ كرنش كامپوزيت‌ها برخوردار است. واژه‌هاي كليدي: درهم‌شكني ديناميكي، معادله ساختاري، مدل مايكرومكانيكي، كامپوزيت اليافي، نانوكامپوزيت، اپوكسي، الياف شيشه، نانورشته كربن