31890

پيش¬بيني رفتار خستگي كامپوزيت¬هاي زمينه لاستيكي با استفاده از مدل آنتروپي-خرابي تحت بارهاي سيكلي تك محوره

دكتري

مهندسي مكانيك

1396

1403/10/18

دكتر محمود مهرداد شكريه

دكتر بيژن محمدي

مكانيك

هدف اﯾﻦ رساله، مطالعه رﻓﺘﺎر ﺧﺴﺘﮕﯽ ﮐﺎﻣﭙﻮزﯾﺖﻫﺎي لايه¬اي پايه لاستيكي خارج از محور تقويت شده با سيم با استفاده از مدل آنتروپي-خرابي توسعه يافته تحت بارگذاري خستگي تك محوره كشش-كشش مي¬باشد. در اين رساله ﺑﺮاي استفاده از روش آنتروپي-خرابي براي ﮐﺎﻣﭙﻮزﯾﺖﻫﺎي لايه¬اي خارج از محور پايه لاستيكي، اﺑﺘﺪا اين روش براي ﮐﺎﻣﭙﻮزﯾﺖﻫﺎي لايه¬اي خارج از محور پايه اپوكسي توسعه داده شد. در ادامه، اين روش براي كامپوزيت¬هاي پايه لاستيكي تك جهته خارج از محور و در نهايت براي كامپوزيت¬هاي پايه لاستيكي چند لايه خارج از محور نيز توسعه يافت. به منظور محاسبه پارامترهاي مادي مورد نياز در مدل آنتروپي-خرابي، آزمايش¬هاي تجربي استاتيك و خستگي بر روي نمونه¬هاي كامپوزيتي انجام شد. براي ساخت نمونه¬هاي كامپوزيتي پايه لاستيكي از كوتد كورد سيمي (شامل آميزه لاستيكي و الياف سيمي) مورد استفاده در شركت تايرسازي بارز استفاده شد. پس از ساخت نمونه¬ها، با انجام آزمايشات استاتيكي و خستگي بر روي نمونه¬هاي كامپوزيتي پايه لاستيكي [0]2، [90]4 و [±45]s، پارامترهاي مادي مورد نياز براي مدل آنتروپي-خرابي در راستاهاي الياف، عمود بر الياف و برشي درون صفحه مشخصه¬يابي شدند. در نهايت، به منظور مشخصه¬يابي خواص ويسكوالاستيك نمونه¬ها نيز آزمايش DMTA بر روي ماتريس لاستيكي انجام شد. به منظور اعتبارسنجي مدل آنتروپي-خرابي توسعه يافته، نتايج تجربي و مدل‌سازي مربوط به انرژي هيسترزيس، تغيييرات دما و عمر خستگي، براي لايه چيني¬هاي مختلف كامپوزيت¬هاي پايه لاستيكي در سطوح تنش متفاوت، مقايسه شدند. نتايج تجربي با استفاده از آزمايش‌هاي خستگي كشش-كشش تك محوره كه در سطوح مختلف تنش و با نسبت تنش 1/0 توسط دستگاه سروو هيدروليك MTS 810 انجام شده، استخراج گرديد. به منظور اعتبارسنجي نتايج مدل آنتروپي-خرابي، از لايه چيني¬هاي [±60]s و [45]4 استفاده شد و نتايج تجربي و مدلسازي اين لايه¬چيني¬ها مورد مقايسه قرار گرفت .

1403/10/26

Fatigue Life Prediction of Rubbery Composites under Uniaxial Cyclic Loading by Using Damage-Entropy Model

1/7/2026 12:00:00 AM

The aim of this study is to present a developed damage-entropy model for analyzing the fatigue behavior of steel cord-rubber composite (SCRC) material. SCRC materials are composed of rubber and steel cords that are used in various industrial structures. The off-axis SCRC lay-ups exhibit a nonlinear stress-starin behaviour similar to the rubber matrix. Hence, the Newton-Raphson method is employed to capture the nonlinear stress-strain behavior of SCRC material. The main advantage of the damage-entropy model is that it accounts for the viscoelastic property and temperature increase during the fatigue life process, which are crucial for analysis of SCRC structures. In this thesis, in order to characterize the longitudinal, transverse, and in-plane shear behavior of SCRC, static and fatigue experimental tests on [0]2, [90]4, and [±45]s are conducted. The damage evolution parameters in the longitudinal, transverse and in-plane shear directions are determined by the continuum damage mechanics (CDM) based on experimental tests, to estimate the damage energy during the fatigue life cycle. Moreover, the dynamic mechanical thermal analysis (DMTA) is used to characterize the dynamic damping behavior of SCRC structure to estimate the energy dissipation due to viscoelastic behavior. Furthermore, the heat transfer to the environment through conduction, convection, and radiation processes during fatigue loading are estimated. The failure criterion in the damage-entropy model is based on the fracture fatigue entropy (FFE) value. The experimental results of [±60]s and [45]4 lay-ups are utilized to validate the damage-entropy model that is developed for SCRC structures. Finally, the experimental and modeling results of hysteresis energy, temperature change and fatigue life for various SCRC lay-ups are compared. The comparison between the simulated results and experiments indicates, the model can simulate successfully.

تخمين عمر ﺧﺴﺘﮕﯽ؛ ﮐﺎﻣﭙﻮزﯾﺖﻫﺎي لايه¬اي پايه لاستيكي خارج از محور؛ مدل آنتروپي-خرابي توسعه يافته؛ رفتار تنش-كرنش غيرخطي؛ تغييرات دما

Fatigue life; Developed damage-entropy model; Steel cord-rubber composites; Nonlinear stress-strain behavior; Temperature evolution

Majid Jamali

Mahmood Mehrdad Shokrieh