23357

بررسي رفتار خستگي كامپوزيت¬هاي چندلايه¬ي پليمري تقويت شده با آلياژهاي حافظه¬دار شكلي

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك- طراحي كاربردي

1397-1399

25/12/99

دكتر محمودمهرداد شكريه

مهندسي مكانيك

استفاده از سيم¬هاي آلياژ حافظه¬دار داراي پيش-كرنش در كامپوزيت¬هاي چندلايه، مي¬تواند قسمتي از انرژي وارد شده به مجموعه را تلف كرده و يك نيروي فشاري توليد كند كه اين استفاده درست از اين ويژگي¬ها مي¬تواند عمر خستگي در اين كامپوزيت¬هاي چندلايه را افزايش دهد. در اين پايان¬نامه، يك مدل براي بررسي رفتار خستگي كامپوزيت¬هاي چندلايه¬ي داراي سيم¬هاي SMA پيشنهاد شده است. مدل پيشنهادي شامل سه زير مدل مي¬باشد: در ابتدا، يك مدل آسيب خستگي پيشرونده¬ شكريه-لسارد رفتار خستگي مكانيكي كامپوزيت چندلايه را شبيه-سازي مي¬كند. براي اين قسمت با پيشنهاد و جايگزيني يك سري معيارهاي كرنش-محور مقدار تست¬هاي مورد نياز براي مشخصه سازي ماده توسط مدل به مقدار 57 درصد كاهش يافت. سپس، يك مدل خودگرمايشي افزايش دماي كامپوزيت چندلايه تحت بارگذاري خستگي را پيش¬بيني مي¬كند. اين مدل نيز توسط نويسنده و شكريه پيشنهاد شد كه به دقت افزايش دماي كامپوزيت¬هاي چندلايه تحت شرايط مختلف را پيش¬بيني مي¬كند. در آخر، مدل ترمومكانيكي ليانگ و راجر رفتار مكانيكي سيم¬هاي SMA را مدل¬سازي مي¬كند. تعداد زيادي آزمايش بر روي كامپوزيت¬هاي چندلايه كربن/اپوكسي براي مشخصه¬سازي ماده و اعتبار سنجي مدل پيشنهاد شده انجام شد. نتايج نشان مي¬دهد كه اين مدل مي¬تواند به خوبي رفتار خستگي كامپوزيت¬هاي چند لايه¬ي داراي سيم¬هاي SMA را شبيه¬سازي كند. سپس، مشخص شد كه خواص مكانيكي و حرارتي SMA و لايه¬چيني كامپوزيت به طور قابل توجهي بر روي نتايج اثر مي¬گذارد. به عنوان مثال با 50 درصد افزايش سفتي سيم ها، مقدار بهبود عمر تا 5 برابر افزايش مي¬يابد. همچنين، نتايج نشان داد كه در برخي موارد استفاده از اين سيم¬ها در كامپوزيت¬هاي چند لايه منجر به افزايش عمر خستگي نمي¬شود.

1400/01/30

Mechanical Fatigue Evaluation of Polymeric Laminated Composites Reinforced with Shape Memory Alloys

1/1/1900 12:00:00 AM

Embedding pre-strained shape memory alloy (SMA) wires in laminated composites can dissipate a part of the applied energy and generate a compressive recovery force, which may improve the fatigue life of laminated composites. In the present research, a model was proposed to assess the fatigue behavior of laminated composites with embedded SMA wires. The proposed model consists of three subordinate models. Firstly, a progressive fatigue damage (PFD) model simulates the fatigue behavior of laminated composites. Secondly, a self-heating model predicts the temperature rising of the composite laminates under cyclic loading. Thirdly, a thermomechanical constitutive model simulates the mechanical behaviors of SMA wires. An intensive experimental program was performed on carbon/epoxy laminated composites to characterize the material and to validate the model. Results demonstrated that the proposed model could accurately simulate fatigue behavior composite laminates with embedded SMA wires. It was then determined that different parameters like mechanical properties of SMA wires and stacking sequence of the composite laminate considerably affect the results. Moreover, the results show that embedding SMA wires in laminated composites does not improve fatigue life in some cases. A new set of strain-based failure criteria was proposed and used in the PFD model. This modification considerably reduced the number of characterization tests and provided higher accuracy in predicting fatigue life. Also, a mesoscale model for predicting a self-temperature rise in composite laminates under fatigue loading was proposed. The proposed self-heating model, by considering the viscoelastic behavior of the polymeric matrix, precisely predicted the temperature rise in different composite laminates. Moreover, by coupling the modified PFD model and the proposed self-heating model, the damage propagation in notched composite laminates under cyclic loading was evaluated using the thermography method.

كامپوزيت¬هاي چند لايه، آسيب خستگي، عمر خستگي، دما، سيم¬هاي SMA.

Laminated Composites; Fatigue Damage; Fatigue Life; Temperature; Shape Memory Alloy Wires.