22083

توسعه مدل غيرخطي براي پيش بيني رفتار مكانيكي كامپوزيت هاي پليمري تقويت شده با الياف

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي - مكانيك جامدات

1398/10/29

دكتر فتح اله طاهري بهروز

مكانيك

رفتار مادي غيرخطي كامپوزيتهاي پليمري به صورت گسترده مشاهده و بررسي شده است. با توجه به اينكه اين مواد شامل حداقل دو جز با رفتارهاي مكانيكي و حرارتي بسيار متفاوت ميباشند، مطالعه رفتار مكانيكي آنها پيچيدگيهايي را ايجاد ميكند. رفتاري كه اين مواد نشان ميدهند شامل ايجاد و رشد اشكال مختلفي از آسيبها در ساختار ميكروسكوپي ماده ميباشد. اين آسيبها همراه با تغييرشكلهاي غيرقابل بازگشت بوده و همچنين موجب كاهش پيوستگي بين اجزاي سازنده ميشود. كامپوزيتهاي پليمري برخلاف گذشته كه عموماً در صنايع هوايي كاربرد داشتند، امروزه در اكثر صنايع ورود كردهاند. براي انجام طراحيهاي مطمئن و استفاده از ظرفيت حداكثري اين مواد، مواجهه با پيچيدگيهاي رفتاري اين مواد ضروري به نظر ميرسد. استفاده از شبيهسازيهاي كلاسيك با فرض رفتار الاستيك و خطي تا شكست، ميتواند مشكلات جدي را ايجاد كند. در اين پاياننامه ابتدا رفتار غيرخطي كامپوزيتهاي تكجهته كربن/اپوكسي به صورت تجربي مورد مطالعه قرار گرفته است. هدف از اين مطالعه تجربي، بدست آوردن پارامترهاي اساسي دخيل در رفتار و ثبت كردن مقدار تغييرشكلهاي پلاستيك و الاستيك-پلاستيك ميباشد. براي اين منظور، تستهايي كه شامل بارگذاري و باربرداريهاي پياپي هستند، بر روي نمونههاي تكجهته با زواياي الياف مختلف انجام ميشود. بر اساس يافتههاي تجربي، يك مدل مادي براي پيشبيني رفتار غيرخطي كامپوزيتهاي تكجهته در كشش و فشار پيشنهاد ميشود. در اين مدل فرض مي شود رفتار پلاستيك مشاهده شده ناشي از تغييرشكلهاي برشي بر روي صفحاتي است كه اثر تنشهاي برشي و نرمال در آن ها به مقدار حداكثر ميرسند. پديدههاي مربوط به تغييرشكل و شكست كه براي نمونههاي تكجهته رخ ميدهد، در قالب دو مكانيزم مدلسازي ميشود. مقايسه نتايج تجربي و نتايج مدل، عملكرد قابل قبول مدل در پيشبيني پاسخ مكانيكي نمونههاي تكجهته در كشش و فشار را نشان ميدهد.

1399/04/23

Nonlinear Constitutive Model to Predict Mechanical Response of Fiber-reinforced Polymer Matrix Composites

1/19/2020 12:00:00 AM

Nonlinear physical behavior of polymer composites has been widely studied. Due to the fact that at least two constituents with largely different thermomechanical properties compose them, studying their mechanical response has been a challenge. This nonlinear behavior includes development of various damage mechanisms in the microstructure of the material, which cause irreversible changes. These materials are used in a broad range of industries, whereas in the past they were mainly used in the aerospace industry. In order to achieve the full potential of these materials and design reliable components and structures, the aforementioned complexities should be taken into account. Accordingly, elastic, linear analysis of PMCs is not adequate for many practical issues. In this study, tension and compression tests were carried out on unidirectional carbon/epoxy specimens to measure the irreversible deformations occurring along the action planes. Unidirectional specimens with fiber orientations of 15°, 30°, 45°, 60° and 90° were tested both in tension and compression to study the yielding behavior of the matrix in varied stress states. Results suggest that in the case of UD laminates, accumulation of plastic shear strains on a critical plane controls the response. Using the experimental measurements, yielding behavior of the matrix under different loading conditions was modeled using two deformation mechanisms. This physically-based modeling strategy is able to reproduce the complex effects of multi-axial loading.