21913

21913

رفتار ويسكوالاستيك پليمر تقويت شده با آلياژ حافظه دار

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي - مكانيك جامدات

1396

1398/11/15

دكتر محمود مهرداد شكريه

مكانيك

با توجه به كاربردهاي متنوع كامپوزيت¬هاي پايه پليمري و نياز به عملكرد مناسب آن¬ها در دامنه وسيعي از دماهاي كاري و همچنين مدت‌زمان¬ طولاني قرارگيري در شرايط تحت بارگذاري، نيازمند است تا رفتار وابسته به دما و زمان در اين نوع از سازه¬ها موردبررسي قرار گيرد. از آنجا كه بررسي تجربي رفتار ويسكوالاستيك اين كامپوزيت¬ها و مطالعه¬ي پارامترهاي تأثيرگذار بر اين رفتار نيازمند انجام آزمون¬هاي مختلف با شرايط متفاوت و هزينه فراوان مي‌باشد، در تحقيق حاضر يك مدل مايكرومكانيك براي پيش¬بيني خواص اين كامپوزيت‌ها ارائه مي‌گردد كه قادر به درنظر¬گرفتن اثر پارامترهاي مختلف فيزيكي و مكانيكي اجزاي سازنده مي‌باشد. مدل ارايه شده در تحقيق حاضر بر اساس قانون اختلاط بوده و قابليت پيش¬بيني خواص خمشي ويسكوالاستيك پليمر تقويت‌شده با سيم¬هاي حافظه¬دار را داراست. اين مدل قادر است كه خواص ويسكوالاستيك را در يك بازه¬ي دمايي و در يك فركانس ثابت و مشخص پيش¬بيني كند. به¬منظور لحاظ كردن اثر فركانس، رابطه¬ي مايكرومكانيك به نحوي توسعه داده شد كه رفتار ويسكوالاستيك كامپوزيت به‌صورت تركيبي از رفتار¬هاي وابسته به فركانس اجزاي سازنده كامپوزيت در يك بازه¬ي فركانسي و در يك دماي ثابت مشخص گردد. تأثير پارامترهاي فوق بر رفتار ديناميكي كامپوزيت هوشمند به‌صورت آزمايشگاهي و از طريق آناليز مكانيكي ديناميكي در محدوده دمايي 30 درجه سلسيوس تا حدود 130 درجه سلسيوس و در دو فركانس 1 و 10 هرتز نيز مورد بررسي قرار گرفت. نتايج تجربي نشان دادند كه تعبيه كردن سيم‌هاي حافظه¬دار نيكل-تيتانيوم درون پليمر اپوكسي علاوه بر رشد مدول باعث افزايش عامل اتلاف نمونه‌ها در دماهاي بالا مي¬شود، به صورتي كه در دماهاي بيشتر از دماي انتقال به شيشه¬اي شدن كامپوزيت، تانژانت اتلاف كامپوزيت نسبت به تانژانت اتلاف رزين خالص 17% افزايش مي‌يابد. ضمنا مشاهدات آزمايشگاهي نشان دادكه اعمال 4% پيش كرنش به سيم¬هاي حافظه¬دار، به رشد 6 برابري مدول ذخيره كامپوزيت در دماهاي بالا منجر شد. همچنين در ميان نمونه¬هاي مختلف شامل رزين خالص، رزين تقويت شده با سيم حافظه‌دار بدون پيش كرنش و رزين تقويت‌شده با سيم حافظه‌دار پيش كرنش، تانژانت اتلاف رزين خالص بيشترين مقادير را در دماهاي بالا به خود اختصاص مي¬دهد. مقايسه¬ي نتايج تجربي با نتايج تئوري نشان داد كه مدل مايكرومكانيك ارائه شده در تحقيق حاضر از دقت خوبي برخوردار است.

1399/02/21

Viscoelastic behavior of shape memory alloy reinforced polymer

2/4/2020 12:00:00 AM

Considering the wide range of the various applications of polymeric composites and the necessity of a proper performance of them in an extensive variety of temperatures and long-term loading, it is significant to investigate the viscoelastic behavior of this kind of composites. Viscoelastic behavior of smart composites (shape memory alloy (SMA) reinforced polymer) is temperature-dependent and frequency-dependent that needs a deeper understanding. Whereas experimental investigation of viscoelastic behavior of this kind of composites and the effect of different parameters on them requires to carry out several tests in different conditions. In the present work, a micromechanical model was presented to predict the composite viscoelastic properties considering the effect of various physical and mechanical parameters of composites constituents. This model is based on the Rule of Mixture and it can determine the viscoelastic properties of composites in a temperature range and a constant frequency (temperature sweep). To consider the effect of frequency, the model was reorganized in a way that composite viscoelastic behavior was predicted in a frequency range and a constant temperature (frequency sweep). Moreover, using dynamic mechanical analysis (DMA), the influence of the aforementioned parameters on the dynamic behavior of the smart composite was investigated experimentally. Empirical results demonstrated that embedding SMA wires into the polymer leads to raising the storage modulus. Furthermore, the loss tangent of samples increases by 17% in the elevated temperatures. Also, the effect of applying pre-strain to SMA wires was studied. It was observed that in comparison with the case of using wires without pre-strain, the storage modulus grows six times more in the high temperatures. Also, thepre-strained SMA wire reinforced resin possess the highest amount of the loss tangent among the samples in elevated temperatures. Finally, a comparison between experimental and theoretical results proved that the present micromechanical model has acceptable accuracy.