تعيين بازده ترميم براي كامپوزيت‎هاي پليمري لايه‎اي تقويت شده با سيم‎هاي حافظه‎دار

كارشناسي ارشد

مكانيك جامدات - طراحي كاربردي

۱۳۹۵

۱۳۹۷/۵/۷

دكترشكريه

مكانيك

در اين تحقيق يك روش جديد براي ايجاد خاصيت خودترميمي در كامپوزيت‎هاي پليمري لايه‎اي، مبتني بر استفاده از رزين با پيوندهاي بازگشت پذير حرارتي و آلياژهاي حافظه‎دار جاسازي شده ارائه شده است، كه همچين روشي تا الان در كامپوزيت‌هاي لايه‌اي هيچ جا كار نشد. هدف پژوهش انجام شده اين است كه از سيم‎هاي حافظه‌دار براي كمك به خاصيت خود ترميمي در كامپوزيت‎هاي پليمري لايه‎اي مبتني بر واكنش ديلز-آلدر استفاده شده و اثر آن بر بازده ترميم بررسي گردد. سيم‎هايي از جنس آلياژهاي حافظه‎دار در هنگام تبديل از فاز مارتنزيتي به فاز آستنيتي نيروي بازيابي داخلي به سازه وارد مي‎كنند و ترك‎هاي ماتريسي حاصل از تخريب را تحت فشار قرار داده و باعث بسته شدن آن‎ها مي‎شوند. در پژوهش حاضر جهت بررسي اثرات حضور اين سيم‎ها در فرآيند خودترميمي، ابتدا از طريق نرم افزار‎ عددي تعداد سيم و مقدار پيش كرنش مورد نياز و همچنين مكان قرارگيري سيم محاسبه و تعيين شد. در ادامه و در بخش آزمايش‎هاي تجربي، نمونه‎هاي الياف شيشه با رزين خود ترميم در دو حالت بدون سيم و هيبريد شده با سيم‎هاي حافظه‎دار در پيش كرنش‎هاي 2% و4% ساخته شد و تحت آزمايش خمش چهار نقطه‎اي قرار گرفت. براي بررسي بازده ترميم دو پارامتر مدول و استحكام خمشي مورد توجه قرار گرفتند. نتايج نشان داد كه استفاده از 2 سيم حافظه‎دار با ميزان پيش‎كرنش 2% كه در ناحيه مياني نمونه‎هاي كامپوزيتي قرار گرفته‎اند، باعث ايجاد بازده ترميم به ميزان 4/126% و 5/113% به ترتيب در استحكام و مدول خمشي تحت اثر آسيب شده است. اين درحالي است كه در حالت عدم وجود سيم حافظه‎دار، بازده ترميم استحكام و مدول خمشي نمونه‎ها به ترتيب 3/75% و 4/44% بوده است. همچنين بر اساس نتايج عددي و تجربي به دست آمده، پيش‎كرنش‎هاي بالاتر و نيز تعداد سيم‎هاي بيشتر مي‎توانند باعث تخريب سازه و كاهش بازده ترميم شوند. نتايج به دست آمده، دورنماي مناسبي را براي استفاده از سيستم خودترميم ارائه شده در كاربردهاي مورد نياز ترسيم مي‎كند.

1397/05/14

Determination of healing efficiency in polymer matrix composites reinforced with shape memory wires

8/5/2018 12:00:00 AM

In this research, a new method for the creation of self-resilient properties in layered polymer composites based on the use of resin with thermal reversible reactions and embedded shape memory alloys (SMA) was presented. The purpose of this research was to use the SMA wiers to help the self-healing properties of polymer-based composites based on the Diels-Elder reaction and its effect on the recovery efficiency. The SMA wires while undergoing phase transformation from martensitic to austenite phase applies an internal recovery force to the structure, exerting a pressure on the existing matrix cracks as an effect of damage and results in closing the cracks. In the present study, to determine the effects of the presence of these wires in the self-healing process, the number of wires and the required pre-strain required as well as the location of the wires were first determined by a numerical software. Next, glass-fiber/self-healing resin composite samples with two SMA wires of 2 & 4% pre-strain and composite samples without wires were manufactured and tested by the four-point bending test. Results showed that using two SMA wires with 2% pre-strain located at the middle of the sample thickness leads to 126.4% &113.5% healing efficiency for the flexural strength and flexural modulus, respectively. However, in the absence of memory wire, the strength and flexural modulus of the samples were 75.3% and 44.4%, respectively. According to the derived numerical and experimental results the number of further wires can destroy the structure and reduce the recovery efficiency. The results had shown an appropriate perspective for using such a system of materials in different future applications.