23027

بررسي آزمايشگاهي و تئوري رفتار شكست مود تركيبي نانوكامپوزيت ها در شرايط مخرب محيطي

كارشناسي ارشد

مهندسي هوافضا

1395

1399/7/22

دكتر هادي خرمي شاد

دكتر محمدرضا محمدعليها

مكانيك

نانوكامپوزيت¬ها به دليل خواص مكانيكي فوق‌العاده مانند مدول الاستيسيته بالا استحكام زياد، خزش كم و پايداري حرارتي در صنايع بسياري مورد استفاده قرار مي‌گيرند. با اين‌ وجود به دليل برخي محدوديت‌ها كامپوزيت‌ها در برخي صنايع از موفقيت كمتري برخوردار بوده‌اند. يكي از محدوديت در استفاده از كامپوزيت‌ها آسيب‌پذيري آن‌ها در مقابل عوامل تخريب محيطي نظير رطوبت مي‌باشد. درنتيجه مي‌بايد راهكارهايي جهت بهبود عملكرد كامپوزيت‌ها در مقابل عوامل محيطي ارائه شود، يكي از راه‌هاي افزايش مقاومت در كامپوزيت‌ها استفاده از نانوذرات درون ساختار رزين مي‌باشد. بسياري از قطعات كامپوزيتي كه در سازه‌هاي هوافضايي كاربرد دارند در طول عمر سرويس‌دهي مي‌توانند دچار ترك‌خوردگي شوند. از سوي ديگر اين قطعات و سازه ها مي‌توانند در معرض شرايط مخرب محيطي نظير رطوبت و دما قرار داشته باشند. لذا بررسي رفتار شكست اين قبيل سازه‌هاي ترك‌دار در شرايط مخرب محيطي اهميت فراواني براي طراحان و تيم‌هاي تعمير و نگه‌داري دارد. در اين پروژه جهت آشنايي بيشتر با عوامل تأثيرگذار در اين خصوص، از نمونه‌هايي به شكل تير كوچك كه به‌اختصار SBB ناميده مي¬شوند با ترك لبه‌اي استفاده شده است. رزين اپوكسي به‌عنوان ماده‌اي ترد در اين پژوهش مورداستفاده قرارگرفته است و آزمون خمش سه‌نقطه تحت بارگذاري مود I خالص، مود II خالص و مود تركيبي براي اين ماده در شرايط مخرب و غير مخرب انجام گرفته است و به بررسي رفتار شكست اين ماده ترد در حالت‌هاي مختلف محيطي پرداخته شده است. به‌منظور پيش‌بيني نتايج آزمايشگاهي براي مواد ترد از معيار تنش مماسي اصلاح‌شده (GMTS) استفاده شده است و نشان مي‌دهد در اكثر موارد تطابق خوبي با نتايج آزمايشگاهي دارد.

1399/10/27

Experimental and theoretical investigation of mixed-mode fracture behavior of nanocomposites under the environmental destructive conditions

10/14/2021 12:00:00 AM

Nanocomposites are used in many industries due to their excellent mechanical properties such as high modulus of elasticity, high strength, low creep and thermal stability. However, due to some limitations, composites have been less successful in some industries. One of the limitations in using composites is their vulnerability to environmental degradation factors such as moisture and variable temperature. As a result, solutions should be provided to improve the performance of composites against environmental factors. One of the ways to increase the strength of composites is using nanoparticles within the resin structure. Most of composites parts of aerospace structures can lead to fraction during their service life. On the other hand, different using conditions such as moisture and temperature can be applied on these parts. Thus, the study of the fracture behavior of these cracked structures under different destructive conditions are very significant for designers or maintenance teams. In this project, Short beam Bending (SBB) specimens with pre-crack are used to investigate this phenomenon. epoxy resin as a brittle material and MWCNTs as an additive are used in this thesis in order to investigate the fracture behavior of this material under static loading and dry and destructive conditions in pure mode I, pure mode II, and mixed mode using three-point bending tests. Then, the fracture path in this brittle material was investigated which is the one of the main goals of this project. In order to validate the experimental results, Generalized Maximum Tangential Stress (GMTS) theories is used which indicate that the GMTS theory is in a good agreement with the experimental results.

چقرمگي شكست , نانو , رزين اپوكسي , رطوبت , مود تركيبي , دما پايين

Fracture Toughness , Nano , Epoxy Resin , Moisture , Mixed-mode , Low temperature