شماره ركورد
34226
پديد آورنده
هادي صادقيان
عنوان
اثر دماي پايين و عمليات حرارتي بر خواص شكست قطعات FDM تقويتشده با الياف فلزي
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك
سال تحصيل
1400
تاريخ دفاع
1404/9/23
استاد راهنما
دكتر مجيدرضا آيت الهي
استاد مشاور
دكتر نيما رضوي
دانشكده
مهندسي مكانيك
چكيده
در راستاي بهبود خواص مكانيكي قطعات ساختهشده به روش مدلسازي رسوبگذاري مذاب (FDM)، پژوهشهاي متعددي انجام شده است. اين پژوهشها، به طور كلي به دو دسته تقويت مواد FDM و تقويت سازههاي FDM تقسيم ميشوند. بررسي پژوهشهاي گذشته نشان ميدهد كه مطالعات محدودي بر رفتار شكست قطعات FDM تقويتشده انجام شده است. از اين رو، مطالعه حاضر سعي دارد تا بررسي همهجانبهاي به صورت تجربي، تئوري و عددي از رفتار شكست قطعات FDM حاوي تقويتكنندههاي فلزي، كه براساس دو روش تقويت ماده و تقويت سازهاي ساختهشدهاند، فراهم آورد.
در ابتداي مطالعه حاضر، اثربخشي يكي از روشهاي متداول تقويت مواد FDM، اضافه كردن افزودنيهاي ذرهاي ، بر بار شكست و ميكرومكانيزمهاي شكست قطعات FDM تحت بارگذاري مود مركب I/II بررسي شده است. مطالعه بر روي اين روش، تنها به بررسيهاي تجربي محدود نشده و بار شكست تجربي قطعات آزمايششده توسط معيارهاي مكانيك شكست به صورت تئوري نيز تخمين زده شده است. همچنين، با هدف مقايسه ميكرومكانيزمهاي شكست، سطوح شكست قطعات تهيهشده توسط عكسهاي ميكروسكوپ الكتروني نوري (SEM) مورد مطالعه قرار گرفتهاند. بررسي نتايج نشان ميدهد كه روش تقويتي اتخاذشده ميتواند مقادير بار شكست نمونهها را حداكثر به ميزان 27.7% بهبود بخشد. همچنين، بار شكست تجربي اين قطعات توسط معيارهاي تئوري مكانيك شكست قابل پيشبيني است، به طوري كه خطاي پيشبيني در محدوده نوار پراكندگي ±15% است، در حالي كه اكثر نتايج در محدوده نوار پراكندگي ±10% ميباشند.
در ادامه پژوهش، روش جايگذاري الياف بلند فلزي به كمك طراحي كانال (CCR)، به عنوان يك روش نوين براي تقويت سازههاي FDM معرفي شده است. در اين راستا، ابتدا، استحكام اتصال بين الياف جاسازيشده و ماتريس پليمري، كه يكي از عوامل كليدي روش پيشنهادي است، به كمك مجموعهاي از آزمونهاي بيرون كشيدن الياف مورد بررسي قرار ميگيرد. سپس، براساس نتايج آزمون بيرون كشيدن الياف، نمونههاي حاوي پيشترك با كسر حجمي الياف مختلف، تهيه و آزمايش شده تا اثربخشي روش CCR بر مقاومت شكست سازههاي FDM بررسي شود. مطالعه بر روي روش CCR به اين موضوع محدود نشده بلكه اثرپذيري اين روش از پارامترهاي چاپ، شرايط بارگذاري و شرايط محيطي نيز مورد توجه قرار گرفته است. در طول فرآيند آزمايشهاي تجربي، نمونهها با استفاده از روش همبستگي تصاوير ديجيتال (DIC) پايش شدهاند تا علاوه بر مقاومت شكست، مقادير بازشدگي دهانه شيار (NOD) نيز بهدقت اندازهگيري شود. همچنين تحليل عددي به روش اجزاي محدود نيز بهمنظور مقايسه دقيقتر تنشهاي اعمالشده در ماتريس پليمري و اتصال بين الياف و ماتريس براي حالتهاي مختلف انجام شده است. علاوه بر اين، معيارهاي مختلف مكانيك شكست بكارگرفته شدند تا بار شكست قطعات تقويتشده براساس روش CCR را به صورت تئوري تخمين بزنند. در نهايت، تحليلهاي جامعي بر روي نمونههاي آزمايششده انجام شده تا ديدي عميقتر درباره ويژگيهاي سطحي الياف تقويتكننده و مكانيزمهاي شكست قطعات بررسيشده فراهم آورد. بررسيهاي تجربي نشان ميدهد كه جايگذاري 12 الياف (كسري حجم الياف كمتر از % 0.63) درون قطعات FDM منجر به بهبود قابل توجه بار شكست تا %42 شده است. اين در حالي است كه انرژي كرنشي جذبشده قبل از شكست نهايي حداكثر به ميزان %1685 افزايش يافته است. همچنين، معيارهاي تئوري بكارگرفتهشده با دقت خوبي توانستهاند، بار شكست قطعات را تخمين بزنند.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/09/28
عنوان به انگليسي
Effects of low temperature and heat treatment process on the fracture behavior of FDM parts with metallic reinforcements
تاريخ بهره برداري
12/14/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
هادي صادقيان
چكيده به لاتين
In recent years, the capability of the Fused Deposition Modeling (FDM) technique for producing components with complex geometries has increasingly attracted the attention of researchers. Despite the various advantages of this method, the relatively poor mechanical properties of FDM-fabricated parts have limited their use across many key industries. To overcome this significant limitation, a growing number of studies have focused on strengthening FDM products. These efforts can generally be classified into two main groups: reinforcing FDM materials and strengthening FDM structures. A review of previous literature shows that most studies have primarily concentrated on evaluating basic mechanical properties, while the fracture behavior of FDM reinforced parts has received far less attention. To eliminate this research gap, the present study aims to provide a comprehensive theoretical and experimental investigation into the fracture behavior of FDM components with metallic reinforcements implemented based on material and structural reinforcement methods.
Initially, this study focuses on evaluating the effectiveness of a common material reinforcement technique, the addition of particulate additives. The impact of this approach on load-bearing capacity and fracture micro-mechanisms is examined under mixed-mode I/II loading conditions. This evaluation goes beyond experimental analysis; theoretical estimations of the load-bearing capacity are also carried out using fracture mechanics criteria. Additionally, the fracture surfaces of the samples are analyzed using Scanning Electron Microscopy (SEM) to better understand the fracture micro-mechanisms of the tested specimens.
Subsequently, this study introduces the Concurrent Channel Reinforcement (CCR) method, a novel technique proposed for reinforcing FDM structures. One of the key factors of this approach is the bonding strength between the embedded fibers and the polymer matrix, which is thoroughly assessed by performing a series of fiber pull-out tests. Based on these test results, pre-cracked specimens with varying fiber volume fractions are fabricated and tested to evaluate the effectiveness of CCR in enhancing the fracture resistance of FDM specimens. Additionally, this investigation explores the influences of printing parameters, loading, and environmental conditions on CCR performance. Throughout the experimental testing, specimens are monitored using the Digital Image Correlation (DIC) technique to precisely measure Notch Opening Displacement (NOD) of the tested specimens in addition to their fracture strength. Furthermore, Finite Element analysis (FE) is conducted to provide a more accurate understanding of the stress distribution within the polymer matrix and at the fiber/matrix interfaces across different cases. In addition to the experimental evaluations, fracture mechanics criteria are employed to theoretically estimate the fracture loads of the reinforced specimens. Finally, a detailed analysis is conducted on the surface characteristics of the reinforcing fibers and the fracture micro-mechanisms of the examined FDM specimens.
كليدواژه هاي فارسي
مدلسازي رسوب گذاري مذاب , تقويتكنندههاي ذرهاي , عمليات حرارتي , اثر دماي محيط , الياف بلند
كليدواژه هاي لاتين
Fused Deposition Modeling , Particulate additives , Heat treatments , Environmental temperature
Author
Hadi Sadeghian
SuperVisor
Majid Reza Ayatollahi