شماره ركورد
13091
شماره راهنما(اين فيلد مربوط به كارشناس ميباشد لطفا آن را خالي بگذاريد)
13091
پديد آورنده
مسعود اسمخاني
عنوان
رفتار خستگي كامپوزيتهاي اليافي/پليمري با افزودنيهاي نانو ذرهاي
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مكانيك
سال تحصيل
دي ماه 1392
تاريخ دفاع
دي ماه 1392
استاد راهنما
دكتر محمود مهرداد شكريه
استاد مشاور
دكتر فتحاله طاهري بهروز
چكيده
چكيده
هدف اين رساله، گسترش يك مدل خستگي براي پيشبيني مقدار سفتي و عمر خستگي يك كامپوزيت پليمري تقويت شده با الياف كوتاه و نانو ذره تحت بارگذاري خستگي كشش-كشش با كنترل نيرو در نسبت تنش ثابت ميباشد. براي اين منظور مدلي تحت عنوان Nano-NSDM توسعه يافته و قادر است كه در يك كامپوزيت بدون حضور ذرات نانو، با استفاده از تركيب مدل كاهش سفتي و مدلهاي بر پايه مايكرومكانيك، پيشبيني افت سفتي با نانو ذرهها را انجام دهد. جهت ارزيابي مدل توسعه يافته لازم است تا آزمونهاي مختلف استاتيكي و خستگي انجام پذيرند. ابتدا در شرايط استاتيكي، خواص مكانيكي رزين اپوكسي و رزين اپوكسي تقويت شده با نانو ذرهها بعنوان خواص اوليه بررسي شدهاند. سپس با بهرهگيري از نانو ذره و درصد وزني بهينه، كامپوزيت الياف مت شيشه/ نانو ذره/ رزين اپوكسي ساخته شده و در شرايط استاتيكي، خواص مكانيكي بطور كامل مشخصهسازي شده است. در طي اين مسير ملاحظه گرديد كه جهت رسيدن به بيشينه خواص مكانيكي (استحكام، مدول كششي و استحكام، مدول خمشي)، نوع و درصد وزني نانو ذره بسيار مهم ميباشد. بعنوان مثال، با استفاده از 25/0 درصد وزني از يك نمونه گرافن با كد GPL-III و يا نانو الياف كربن، مقدار 25 درصد افزايش در استحكام كششي مشاهده شده است. همچنين با افزودن 25/0 وزني از نانو الياف كربن به كامپوزيت الياف مت شيشه/رزين اپوكسي، استحكام كششي و خمشي بترتيب برابر با 22 و 5/15 درصد افزايش يافتهاند. پس از انجام آزمايشهاي استاتيكي با توجه به هزينه بالاي آزمايشهاي خستگي كشش-كشش با كنترل نيرو و محدوده وسيع آزمايشها، دستگاه منحصر بفردي براي انجام آزمايشهاي خستگي خمشي با قابليت كنترل جابجايي با عنوان BFM-110 طراحي و ساخته شده و با بكارگيري آن، رفتار خستگي خمشي براي حالتهاي مختلف بصورت كيفي بررسي شده تا قبل از شروع آزمايشهاي خستگي كشش-كشش با كنترل نيرو، تعداد آزمايشهاي مورد نياز محدود گردند. نتايج بدست آمده از آزمايشها نشان ميدهند كه افزودن نانو ذرهها به كامپوزيتهاي پليمري، افزايش چشمگيري در عمر خستگي خمشي با كنترل جابجايي را داشته است. بعنوان نمونه پس از افزودن تنها 25/0 درصد وزني از نانو ذره گرافن يا نانو الياف كربن به كامپوزيت در يك نسبت استحكام مشخص و برابر با 43%، عمر خستگي خمشي بترتيب 4/27 و 24 برابر حالت اوليه تغيير يافته است. پس از يافتن محدودهي مناسب آزمايش و تركيب مواد براي ساخت قطعات، آزمايشهاي خستگي كشش-كشش با كنترل نيرو دنبال شده و ارزيابي مدل توسعه يافته Nano-NSDM ابتدا با بكارگيري نتايج تحقيقات ساير محققين انجام پذيرفته و سپس از نتايج بدست آمده در آزمايشگاه براي كامپوزيتهاي مت شيشه/رزين اپوكسي و 25/0 درصد وزني نانو الياف كربن/الياف مت شيشه/رزين اپوكسي استفاده شده است. در تمامي اين مراحل ارزيابي، صحت مدل توسعه يافته بخوبي مورد تاييد قرار گرفته است. بعنوان نمونه نتايج آزمايشها نشان ميدهند كه در يك نقطه بارگذاري مشخص، افزايش عمر در حدود 14 برابر حالت اوليه و بدون حضور نانو الياف كربن مشاهده شده است.
واژههاي كليدي: خستگي، كنترل نيرو، كنترل جابجايي، Nano-NSDM، الياف مت شيشه، نانو كامپوزيتهاي هيبريدي