15236

15236

بررسي تأثير نيروي برشي خارج از صفحه بر رفتار شكست پليمر ترد و نانوكامپوزيت نانولوله‏ كربن/ اپوكسي

دكتري

طراحي كاربردي

آبان‏ماه 1394

آبان‏ماه 1394

دكتر مجيدرضا آيت اللهي

مكانيك

چكيده پژوهش حاضر با هدف مطالعه تئوري و آزمايشگاهي اثر بار برشي خارج از صفحه بر رفتار شكست مواد ترد در قالب بررسي شكست آن‏ها در شرايط بارگذاري تركيبي غيرصفحه‏اي انجام شده است. در بخش تئوري اين پژوهش، دو معيار شكست MTSED و GMTS كه در گذشته براي مواد همگن با رفتار الاستيك خطي و در معرض بارگذاري مركب I/II ارائه شده بودند، به بارگذاري مود تركيبي كلي I/II/III توسعه داده شده‏اند. صحه‏گذاري نتايج معيار MTSED توسعه يافته در مودهاي تركيبي مختلف، از طريق مقايسه با نتايج تجربي گزارش شده در مراجع صورت گرفته است. در خصوص معيار GMTS توسعه يافته، به علت نبود نتايج آزمايشگاهي مورد نياز در حالت مودهاي مركب غيرصفحه‏اي، مقايسه مشابهي تنها براي مود تركيبي I/II انجام شده است. براي انجام مطالعات آزمايشگاهي شكست مواد تحت تأثير بار برشي خارج از صفحه، فيكسچر بارگذاري جديدي به منظور اعمال مود تركيبي I/III طراحي شده است. تحليل‏هاي المان محدود صورت گرفته نشان مي‏دهد كه اين فيكسچر علاوه بر مودهاي I و III خالص، امكان اعمال بارگذاري تركيبي I/III با پراكندگي مطلوبي بين آن دو مود خالص را نيز فراهم مي‏كند. تأييد كارآيي فيكسچر طراحي شده در عمل، با انجام آزمايش‏هاي شكست پليمر ترد PMMA توسط آن و مقايسه نتايج به دست آمده با پيش‏بيني‏هاي معيار شناخته شده MTS صورت گرفته است. سپس، با استفاده از فيكسچر طراحي شده، آزمون‏هاي شكست مودهاي I و III خالص و يك مود تركيبي I/III بر روي نمونه‏هاي اپوكسي خالص و نمونه‏هاي نانوكامپوزيتي پايه اپوكسي حاوي نانولوله‏هاي كربني چندجداره عامل‏دار شده انجام شده است. در اين آزمون‏ها كه براي بررسي اثر بار برشي خارج از صفحه بر رفتار شكست نانوكامپوزيت‏ها در نظر گرفته شده‏اند، درصدهاي وزني انتخاب شده براي محتواي نانولوله‏هاي كربن نمونه‏ها، 1/0، 5/0 و 1 درصد هستند. نتايج نشان مي‏دهد كه با افزايش درصد وزني نانولوله‏هاي كربن، چقرمگي شكست مود I نمونه‏هاي نانوكامپوزيت نسبت به اپوكسي خالص افزايش مي‏يابد، ولي بيشترين ميزان تقويت آن، متعلق به درصد وزني 5/0 بوده است. از طرفي، در هر يك از مودهاي شكست III و مود تركيبي I/III نيز مقاومت شكست ماده با افزايش ميزان نانولوله‏هاي كربن روند صعودي دارد، ولي اين روند تا 1 درصد وزني نيز ادامه مي‏يابد. در نهايت نيز، با مطالعه سطح شكست نمونه‏هاي آزمون به كمك تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي، شناسايي مكانيزم‏هايي مؤثر بر چقرمگي شكست نمونه‏هاي نانوكامپوزيت صورت گرفته است. واژه‌هاي كليدي: بار برشي خارج از صفحه، معيار شكست، چقرمگي شكست، نانولوله كربن، نانوكامپوزيت