11305

11305

ارائه روشي جديد در كاهش تنشهاي پسماندكامپوزيتهاي لايه اي با استفاده از نانولوله كربني ونانوالياف كربني

كارشناسي ارشد

مكانيك - هوافضا گرايش سازههاي هوايي

پروفسور محمود مهرداد شكريه

چكيده كامپوزيتهاي لايهاي به دليل نسبت وزن به استحكام بالا و قابليت طراحي، كاربردهاي وسيع و اساسي در سازههاي هوافضايي دارند. در اين ميان تنشهاي پسماند يكي از عوامل ابتدايي كاهش كارايي كامپوزيتهاي لايهاي است كه بلافاصله پس از پخت در سازههاي كامپوزيتي ايجاد ميشود. تغييرشكلهاي ناخواسته و كاهش استحكام اين سازهها در كاربردهاي حساس بويژه هوافضايي مشكلات بزرگي در طراحي اين سازهها فراهم ميآورد. در تحقيق حاضر براي نخستين بار، استفاده از نانولولهكربني و نانواليافكربنيبه عنوان روشي جديد در كاهش تنشهاي پسماند كامپوزيتهاي پليمري لايهاي مطالعه شدهاست. تاكنون به كاهش تنش هاي پسماند از منظر كاهش اختلاف خواص ماتريس و الياف نگاه نشدهاست . با استفاده از نانوپركننده ها، اختلاف ذاتي در خواص مكانيكي و حرارتي ماتريس و الياف كاهش يافته و تنشهاي پسماند به ميزان قابل ملاحظه اي كنترل ميشود. براي اين منظور، ابتدا پارامترهاي موثر بر ايجاد تنشهاي پسماند در كامپوزيتهاي لايهاي بررسي ميشود. در گام بعدي، اين پارامترها هدف قرار دادهشده و اثر نانوپركننده ها روي اين پارامترهاي موثر بطور تحليلي و آزمايشگاهي مطالعه ميشود. در انتها نيز، تنشهاي پسماند در امتداد ضخامت براي نانوكامپوزيتهاي لايهاي نانولوله/كربن/اپوكسي و نانوالياف /كربن اپوكسي با 04/904 ] با استفاده از روش شيارزني بطور آزمايشگاهي اندازهگيري و نتايج مقايسه مي - ]s چيدمان 902/02 ]بصورت ]T شود. هيمنطور ميزان انحنا در نانوكامپوزيتهاي لايه اي نامتقارن با چيدمان آزمايشگاهي اندازهگيري شده و نتايج براي نانوكامپوزيتهاي مختلف مقايسه ميشود. به منظور محاسبه ضرائب كاليبراسيون براي مرتبط كردن كرنشهاي پسماند قرائت شده در روش شيارزني به تنشهاي پسماند، از شبيه سازي اجزاء محدود روش شيارزني استفاده شده است . همينطور خواص مكانيكي و حرارتي نانوكامپوزيت مورد استفاده در اين تحقيق به عنوان ورودي و (TMA) روشهاي تئوري و شبيهسازي المان محدود، با استفاده از آزمايش هاي ترمومكانيكي آزمايش كشش بصورت تجربي مشخصه سازي شدهاست. نتايج اين تحقيق نشان ميدهد با افزودن نانولوله و نانوالياف كربني به ماتريس پليمري در كامپوزيتهاي لايهاي، ضريب انبساط حرارتي و مدول الاستيسيته ماتريس و الياف و همينطور خواص طولي و عرضي يك تكلايه ارتوتروپ به يكديگر نزديك شده و در نتيجه تنشهاي پس ماند به ميزان قابل ملاحظهاي تا 51 % كاهش مييابند. همينطور در كامپوزيت هاي لايه اي نامتقارن، ز ميزان تغييرشكلبا افزودن نانولوله و نانواليافكربني كاهش يافته كه اين امر سبب افزايش دقت و كنترل ابعادي و كاهش 48 % در انحناي اين سازهها ميشود. مقايسه نتايج بين ن انولوله كربني و نانواليافكربنينشان ميدهد، نانوالياف كربني به دليل بهبود بيشتري كه روي ضريب انبساط حرارتي و مدول الاستيسيته طولي و عرضي ماتريس و تكلايه ارتوتروپ دارد، تنشهاي پسماند را به ميزان بيشتري نسبت به نانولولهكربني كاهش ميدهد. واژه هاي كليدي:نانوكامپوزيت لايهاي، تنشهاي پسماند، نانولولهكربني، نانوالياف كربني، ضريب انبساط حرارتي، مدول الاستيسيته