19032

۱۹۰۳۲

بررسي شكست نانوكامپوزيت هاي پايه پليمري شياردار با رفتار غيرخطي بر اساس مفهوم ماده معادل

دكتراي تخصصي

مكانيك جامدات - طراحي كاربردي

۱۳۹۳-۱۳۹۷

۱۳۹۷/۰۳/۲۱

دكتر مجيدرضا آيت اللهي-دكتر عليرضا ترابي

مكانيك

هدف اصلي اين تحقيق مطالعه شكست مود تركيبيI/II نانوكامپوزيت¬هاي پايه پليمري شياردار با رفتار زمينه غيرخطي و با استفاده از مفهوم ماده معادل در تركيب با معيار¬هاي مكانيك شكست الاستيك خطي شيار است. مفهوم ماده معادل براي بررسي شكست مواد نرم پيشنهاد شده كه با توجه به رفتار غيرخطي زمينه پليمريبكار برده شده در اين كار، از اين روش استفاده شده است. در اين پژوهش باتوجه به مفهوم ماده معادل كه اساس كار را تشكيل مي-دهد، ابتدا ماده پليمري مناسب انتخاب شده است. دو عامل مهم شامل درصد هاردنر و نرخ كرنش كه بر رفتار مكانيكي پليمر موردنظر اثرگذار هستند نيز مورد بررسي قرارگرفته¬اند. براي اين امر، آزمايش-هاي مختلف طراحي و انجام شده¬اند و حالت بهينه متناسب با مفهوم ماده معادل،انتخاب شده است. پيش از انجام آزمايش-هاي مربوط به قطعه¬هاي پليمري شياردار، ابتدا شبيه¬سازي¬هاي اجزامحدود لازم براي مشخص كردن مودهاي مختلف بارگذاري صورت پذيرفته است. از اين رو،هندسه¬هاي مختلف موردنظر در نرم¬افزار اجزا محدود شبيه¬سازي شده-و سپس مورد تحليل و بررسي قرارگرفته¬و پارامترهاي موردنياز بدست آمده¬اند. در گام بعدي با استفاده از هندسه¬هاي مشخص شده در بخش شبيه¬سازي، قطعه¬هاي پليمري شياردار آماده شده و مورد آزمايش قرار گرفته¬اند. براي استفاده از مفهوم ماده معادل، ابتدا با توجه به رفتار مكانيكي زمينه پليمري، معادله¬هاي اين مفهوم اصلاح شده و رابطه¬اي جديد براي بدست آوردن تنش بحراني ماده پليمري مورد آزمايش بدست آمده است. سپس نتايج تجربي بدست آمده در اين بخش با نتايج تئوري بدست آمده از تركيب مفهوم ماده معادل اصلاح شده با معيارهاي شكست ترد مقايسه شده-اند. نتايج بدست آمده نشان¬دهنده كارآيي مناسب رابطه پيشنهاد شده براي پيش¬بيني ظرفيت باربري نمونه¬هاي پليمري است. در بخش پاياني، نمونه¬هاي شياردار نانوكامپوزيتي با استفاده از ماده پليمري مشخص شده به عنوان زمينه و نانولوله كربني چندديواره به عنوان نانوذره ساخته شده¬اند. نمونه¬هاي شياردار نانوكامپوزيتي نيز مورد آزمايش قرار گرفته¬اند. رابطه تئوري بر مبناي مفهوم ماده معادل براي بدست آوردن تنش بحراني نمونه-هاي نانوكامپوزيتي آزمايش شده نيز اصلاح شده و رابطه¬اي جديد ارائه شده است. مقايسه نتايج تئوري و تجربي بدست آمده براي نمونه¬هاي نانوكامپوزيتي نيز نشان¬دهنده كارآيي مناسب رابطه پيشنهاد شده براي پيش¬بيني ظرفيت باربري و شكست نمونه¬هاي نانوكامپوزيتي است.

1397/04/05

Study the mixed mode I/II fracture of notched nanocomposites with nonlinear behavior using the Equivalent Material Concept (EMC)

7/22/2019 12:00:00 AM

The main purpose of this research is to study the mixed mode I/II fracture of notched nanocomposites with nonlinear behavior by using the equivalent material concept (EMC) and applying linear elastic fracture mechanics of notches. The equivalent material model was proposed to study the fracture of ductile material, so this concept is applied with respect to the nonlinear behavior of the polymer used in this work. As the EMC is the base of this work, first an appropaite polymeric material is selected. Two main parameters namely the hardener concentraion and the strain rate which have effects on the mechanical behaviour of the polymeric material, are studied. For this purpose, different tests are designed and conducted. Before testing the notched specimens, finite element simulations were performed to define different modes of loading. Therefore, different geometries were modeled and analyzed to define these parameters. In the next step, by using the parameters obtained from simulations, polymeric specimens with notches are made and tested. By using EMC, a new equation is proposed for computing the critical stress of polymeric material. Then, by comparing the theoretical and experimental results, good predictions are found to exist between them, which shows the ability of the proposed way to predict the experimental results. In the final Section, notched specimens were made from nanocomposite material by using the selected polymeric material and multiwalled carbon nanotubes. Then, these nanocomposite specimens were tested. The EMC was reformulated to obtain critical stress for the tested nanocomposite specimens. Compaing the theoretical and experimental results also revealed good agreements between them.