شماره ركورد
33291
پديد آورنده
ابوالفضل اسداللهي
عنوان
اثر دماي محيط بر خواص شكست قطعات FDM تحت بارگذاري مركب I و II
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1403/12/15
استاد راهنما
مجيدرضا آيت اللهي
استاد مشاور
مجيدرضا آيت اللهي
دانشكده
مكانيك
چكيده
تنوع در خواص پليمرها، امكان طراحي و توليد قطعاتي با كاربريهاي متنوع را فراهم ميكند كه ميتوانند در شرايط محيطي مختلف مورد استفاده قرار گيرند. در سالهاي اخير، روش ساخت افزايشي بهعنوان يكي از فناوريهاي نوين توليد، بهطور گستردهاي در صنايع مختلف براي ساخت قطعات پليمري بكار گرفته شده است. با توجه به اينكه اين قطعات در شرايط محيطي گوناگون مورد استفاده قرار ميگيرند، بررسي دقيق خواص مكانيكي و رفتار شكست آنها، بهويژه در دماهاي پايين، براي اطمينان از عملكرد و ايمني آنها ضروري است. بدين منظور، در اين پژوهش، خواص مكانيكي و شكست نمونههاي ساختهشده به روش فرايند لايه نشاني مذاب در دماي محيط بررسي شده است. براي تحليل رفتار شكست در نمونههاي تركدار از جنس ABS و PLA، به منظور ايجاد مودهاي بارگذاري I،II و مركب I/IIچهار زاويه ترك 0، 15، 30 و 40 درجه در نظر گرفته شده است. همچنين، جهت بررسي تأثير دماي پايين بر نمونههاي شياردار، نمونههاي از جنس ABS با شيارU-شكل با شعاع شيار 1، 2 و 4 ميليمتر ساخته شده و در شرايط دمايي ذكر شده، آزمايش شده است. براي ارزيابي اثر دما، چهار دماي مختلف 25، 0، 10- و 20- درجه سانتيگراد انتخاب شده است. نمونهها پس از فرآيند ساخت، به مدت 12 ساعت در دماهاي تعيينشده قرار گرفتهاند تا تأثير شرايط دمايي بهطور كامل بر آنها اعمال شود. بار شكست در هر دو نمونههاي تركدار و شياردار بهصورت تجربي با استفاده از آزمون خمش سه نقطهاي، اندازهگيري شده است. بر اساس نتايج بدست آمده، براي نمونههاي با زاويه ترك ثابت، مقدار بار شكست با كاهش دما از دماي 25 تا 10- درجه سانتيگراد، افزايش يافته است. سپس بار شكست در دماي 20- درجه سانتيگراد، كاهش يافته است. براي ماده PLA، بيشترين اختلاف بين بار شكست در دماي 25 و 10- درجه سانتيگراد، 29 درصد بوده كه براي حالت زاويه ترك 30 درجه است. براي ماده ABS نيز، بيشترين اختلاف بين دو حالت ذكر شده براي نمونههاي با زاويه ترك صفر درجه است. در اين حالت، بار شكست به اندازه 45 درصد نسبت به دماي 25 درجه سانتيگراد افزايش يافته است. سپس، بارهاي شكست براي نمونهها در دماهاي مختلف به روش عددي و با استفاده از معيارهاي شكست EMC-ASED و EMC-MS محاسبه شده و با نتايج تجربي مقايسه شده است. علاوه بر اين، براي بررسي دقيقتر مكانيزمهاي شكست در نمونههاي تركدار، سطوح شكست اين نمونهها با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي مورد تحليل قرار گرفته است. بر اساس تصاوير بدست آمده، فضاي خالي ميان رشتهها و همچنين استحكام ميان رشتهها، در دماي 20- درجه سانتيگراد نسبت به دماي 10- درجه سانتيگراد كاهش يافته است. اين موضوع منجر به افت خواص مكانيكي و شكست در نمونهها گرديده است.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/01/24
عنوان به انگليسي
Influence of ambient temperature on the fracture behavior of FDM specimens under mixed-mode I/II loading
تاريخ بهره برداري
3/5/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
ابوالفضل اسداللهي
چكيده به لاتين
The diversity in polymer properties enables the design and production of components with a wide range of applications that can operate under various environmental conditions. In recent years, additive manufacturing has emerged as an advanced production technology and has been widely used in various industries for the fabrication of polymeric parts. Since these parts are exposed to different environmental conditions, accurate evaluation of their mechanical properties and fracture behavior, especially at low temperatures, is essential to ensure their performance and safety. In this study, the mechanical properties and fracture behavior of specimens manufactured using the fused deposition modeling (FDM) process were investigated at ambient temperature. To analyze fracture behavior in pre-cracked ABS and PLA specimens, four crack angles 0°, 15°, 30°, and 40° were selected to induce Mode I, Mode II, and mixed-mode (I/II) loading. In addition, to study the effect of low temperatures on notched samples, U-notched ABS specimens with notch radii of 1, 2, and 4 mm were fabricated and tested under different temperature conditions. Four temperatures (25°C, 0°C, –10°C, and –20°C) were selected for thermal conditioning. After fabrication, all specimens were conditioned at their respective temperatures for 12 hours to ensure complete thermal exposure. The fracture load of both pre-cracked and notched specimens was experimentally measured using a three-point bending test. The results showed that for specimens with a fixed crack angle, the fracture load increased as the temperature decreased from 25°C to –10°C, and then dropped at –20°C. For PLA, the maximum difference in fracture load between 25°C and –10°C occurred at a 30° crack angle, with an increase of 29%. For ABS, the greatest increase (45%) occurred at a 0° crack angle. Furthermore, fracture loads at various temperatures were numerically predicted using the EMC-ASED and EMC-MS fracture criteria and compared with the experimental results. To gain a deeper understanding of fracture mechanisms, scanning electron microscopy (SEM) was used to examine the fracture surfaces of the cracked specimens. SEM images revealed that inter-strand voids and bonding strength decreased at –20°C compared to –10°C, which led to a reduction in mechanical performance and fracture resistance.
كليدواژه هاي فارسي
ساخت افزايشي , FDM , مكانيك شكست , خواص مكانيكي , اثرات محيطي , دماي پايين
كليدواژه هاي لاتين
Low temperature , Ambient temperature , Additive manufacturing , Fused Deposition Modeling (FDM) , Fracture properties , Mechanical properties
Author
Abolfazl Assadollahi
SuperVisor
Majid Reza Ayatollahi