19673

۱۹۶۷۳

مدل‌سازي عددي و تجربي مكانيزم خودترميمي در كامپوزيت‌هاي هيبريد با آلياژهاي حافظه‌دار

كارشناسي ارشد

مهندسي هوافضا - سازه هاي هوايي

۱۳۹۷

۱۳۹۷/۰۸/۲۳

دكتر فتح الله طاهري بهروز

مكانيك

با توجه به گسترش روزافزون استفاده از سازههاي كامپوزيتي به دليل مزاياي متعدد آن‌ها، امروزه نياز به ترميم و درنتيجه كاهش هزينههاي مرتبط با آن‌ها بيش‌ازپيش احساس ميگردد. از انواع اين ترميم‌ها مي‌توان به خودترميمي، كه حتي در نبود نظارت پيوسته بر سازه كارايي خود را حفظ كرده و سازه را ايمن نگاه مي‌دارد، اشاره داشت. در اين گزارش در ابتدا به معرفي و بررسي انواع روش‌هاي خود ترميمي و همچنين تأثير حضور سيم‌هاي هوشمند بر روي خودترميمي كامپوزيت‌هاي زمينه پليمري به دليل خاصيت منحصربه‌فردشان در بازيابي كرنش و شكل اوليه خود پرداخته شد. سپس با استفاده از روش اجزاي محدود، شبيه‌سازي رفتار سيم‌هاي هوشمند و همچنين استانداردسازي نمونه‌هاي نيم دايره‌اي شكل تحت خمش سه‌نقطه حاوي سيم‌هاي SMA جهت انجام فرآيند خودترميمي صورت پذيرفته است. نمونه‌هاي استانداردشده با استفاده از يك روش اصلاح‌شده توسط پرينترهاي سه‌بعدي توليد گرديد و اين نمونه‌ها بدون حضور سيم‌هاي هوشمند با استفاده از برخي تئوري‌هاي مواد ترد همچون XFEM-CZM، EMC-GMTS و ASED بررسي گرديدند. در مرحله بعد اثر حضور سيم‌ها بر استحكام خمشي و نحوه شكست نمونه‌هاي ساخته‌شده با پرينترهاي سه‌بعدي مورد تحليل قرار گرفت. در پايان نمونه‌هاي شكسته شده تحت بارگذاري خمش سه‌نقطه با استفاده از ماده‌ترميم كننده و همچنين سيم‌هاي هوشمند، ترميم و راندمان خودترميمي محاسبه گرديد. نتايج نشان داد كه با استفاده از سيم‌هاي هوشمند مي‌توان راندمان ترميم تا حدود 97 درصد استحكام اوليه را به دست آورد و مي‌توان اين روش را بسيار مثمر ثمر در نظر گرفت. به نظر مي‌رسد كه استفاده از سيم‌هاي هوشمند در سازه‌هاي باقابليت اطمينان بالا كه امكان دسترسي و تعمير مداوم آن‌ها وجود نداشته، بسيار مفيد و مقرون‌به‌صرفه خواهد بود، و سازه‌اي با شرايط و امكانات ويژه را توليد مي‌نمايد.

1397/09/02

Experimental and Numerical Simulation of Self-Healing mechanism of hybrid composite structures in presence of Shape Memory Alloy

11/14/2019 12:00:00 AM

Nowadays, laminated constructions due to distinct advantages over the isotropic materials are used in numerous parts of industrial structures. Because of this expansion, repairing and reduction of associated costs are felt more than ever. One types of repairing could be considered as self-healing of materials which can retain structural performance and safety even in discontinuous structural monitoring. In this report, initially, the introduction and investigation of various self-healing methods have been done as well as the effects of shape memory alloy on the self-healing of the polymeric composite structure due to their superior properties in strain and initial shapes recovery. Then, the finite element method was used to simulate the behaviour of SMA wires and to standardization of semicircular bending specimens in presence of these wires to carry out the self-healing process. Standardized specimens were produced using a modified procedure with 3D Printers. The fracture behaviours of Samples without any SMA Wires were examined by some theoretical fracture mechanics methods for the brittle materials such as Extended Finite Element Method-Cohesive Zone Modeling, Equivalent Material Concept-Generalized Maximum Tangential Stress and Average Strain Energy Density. In the next step, the influence of SMA wires on the flexural stiffness and failure of smart 3D printed samples was analyzed. In the end, fractured samples under three-point bending were repaired by the healing agent and SMA wires and the healing efficiency has been recorded. The results show that by using SMA Wires, 97% of healing efficiency can be achieved in damaged 3D Printed samples. It seems that the presence of SMA wires in high-reliability structures that cannot be accessed and repaired continuously is very useful and cost-effective, and leads to produce structures with special condition and features.