18947

۱۸۹۴۷

شكست ترد پلاگسي گلاس و نانوكامپوزيت در معرض تركيب بار برشي خارج از صفحه با بار برشي صفحه اي

كارشناسي ارشد

جامدات - طراحي كاربردي

۱۳۹۶/۱۲/۲۳

دكتر مجيد رضا آيت اللهي

مكانيك

رشد ترك خصوصا تحت بارگذاري‌هاي تركيبي فضايي يا برون صفحه‌اي پديده‌ي پيچيده‌اي است. از طرفي اكثر اجزاي ترك‌دار تحت تركيب‌هاي متفاوتي از بارگذاري‌ مركب I/II/II واقع مي‌شوند. مطالعات تجربي نه تنها به درك بهتر اين پديده كمك نموده بلكه موجب تسهيل ارائه‌ي معيارهايي مي‌شوند كه از قابليت تخمين مناسب‌تر مقادير چقرمگي و زواياي شكست تحت بارگذاري‌هاي تركيبي متفاوت و براي مواد مختلف برخوردار هستند. تاكنون پيكره‌بندي‌هاي فراواني جهت انجام آزمايش‌هاي شكست تحت بارگذاري تركيبي ارائه شده‌اند. در اين ميان، پيكره‌بندي‌هاي مربوط به بارگذاري تركيبي فضايي خصوصا بارگذاري تركيبي II/III نه تنها بسيار محدود بوده بلكه شامل نواقصي اساسي همچون توليد قابل توجه مود I بارگذاري هستند. آزمايش‌هاي بارگذاري تركيبي II/III را مي‌توان توسط پيكره‌بندي‌هاي بارگذاري تركيبي I/II/III نيز اجرا نمود اما فيكسچرهاي بارگذاري مربوطه داراي پيچيدگي‌هايي است. بنابراين در اين پژوهش، پيكره‌بندي جديدي ارائه شده كه از نمونه‌اي با هندسه‌ي ساده برخوردار بوده و نصب فيكسچرها و بارگذاري با سهولت صورت مي‌پذيرد. اين پيكره‌بندي نه تنها فاقد نواقص پيكره‌بندي‌هاي پيشين بارگذاري تركيبي II/III است بلكه مقدار تنش T توليدي نيز بسيار ناچيز مي‌باشد. در ابتدا از اين پيكره‌بندي جهت انجام آزمون‌هاي بارگذاري تركيبي II/III بر روي نمونه‌هاي PMMA استفاده شد. با توجه به مقايسه صورت گرفته ميان نتايج آزمايشگاهي و پيش‌بيني‌هاي معيارهاي تئوري شكست، بهترين انطباق با معيار شكست ريچارد و پس از آن با معيار بيشينه تنش موثر مشاهده شد. در مرحله‌ي بعدي از پيكره‌بندي پيشنهادي جهت انجام آزمون‌هاي مود II و III بارگذاري بر روي نمونه‌هاي نانوكامپوزيت حاوي نانولوله‌هاي كربني استفاده شد. نمونه‌هاي مورد نظر از رزين اپوكسي‌اي كه عموما در صنايع هوايي كاربرد دارد ساخته شدند. جهت تقويت پليمر مورد نظر، از مقادير متفاوتي نانولوله كربني چند جداره عامل‌دار (با در نظر گرفتن 1/0، 5/0 و 1 درصد وزني نانوذره) استفاده شد. با توجه به نتايج آزمايش‌هاي صورت گرفته تحت هر دو مود بارگذاري، با افزايش درصد وزني نانولوله‌هاي كربني، چقرمگي شكست با روندي افزايشي، بهبود خواهد يافت. جهت توجيه اين تغييرات، سطح شكست نمونه‌هاي آزمون با استفاده از تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي مورد بررسي قرار گرفته و مكانيزم‌هاي موثر شناسايي شدند. واژه‌هاي كليدي: بارگذاري تركيبي فضايي، بارگذاري تركيبي II/III، چقرمگي شكست نانوكامپوزيت، شكست ترد

1397/03/13

6/3/2018 12:00:00 AM

Crack propagation specially under spatial mixed mode loadings is a complicated phenomenon. On the other hand, most of the cracked components are subjected to different combinations of mixed mode I/II/III loading. Experimental studies help us better understand this phenomenon and present new fracture criteria that can better estimate fracture toughness and fracture initiation angles under different mixed mode loadings and for different materials. Until now, many fracture test configurations have been presented for different mixed mode loading cases. Among them, the number of spatial mixed mode configurations specially those dedicated to mixed mode II/III loading, are really limited and they have some serious defects like inducing considerable mode I deformation. The mixed mode I/II/III configurations can be utilized in order to investigate mixed mode II/III loading, but their loading fixtures are complicated. So in this study, a new configuration for mixed mode II/III fracture test is introduced. This new configuration does not have the defects of previous mixed mode II/III configurations and also has some advantages like simple geometry, ease of set up and negligible T-stress value. At first, this configuration is used to conduct mixed mode II/III experiments on a brittle polymer called PMMA. According to the comparison between the experimental results and the estimations of some existing fracture criteria, the best consistency is found with the Richard and the maximum effective stress fracture criteria. In the next step, the new configuration is used to conduct mode II and mode III fracture experiments on nanocomposite reinforced by carbon nanotubes. The nanocomposite test specimens are made of an epoxy resin commonly used in aerospace industry. To reinforce this polymer, different contents of multi-walled carbon nanotube (0.1%, 0.5% and 1% weight percentage) are used. It was observed that by increasing the nanoparticle content, the mode II and mode III fracture toughness is improved with an increasing trend. To justify the observed improvement, the test specimens fracture surfaces are investigated by means of a scanning electron microscope (SEM). Keywords: spatial mixed mode loading, mixed mode II/III loading, nanocomposite fracture toughness, brittle fracture