25919

پيش بيني پاسخ خستگي در كامپوزيت هاي كربن-اپوكسي به كمك روش هاي ترموگرافي

كارشناسي ارشد

مهندسي هوافضا- سازه‌هاي هوايي

1398

1400/8/30

فتح اله طاهري بهروز

مهندسي مكانيك

از آنجا كه استحكام و سفتي مواد كامپوزيتي تحت بارگذاري¬هاي سيكلي به شدت افت پيدا مي¬كند، خواص خستگي كامپوزيت¬ها اهميت بيشتري پيدا مي¬كند، چون بر ايمني قطعات و سازه تاثير به سزايي دارد. روش¬هاي مرسوم براي بدست آوردن و تخمين زدن خواص نيازمند زمان طولاني و نمونه¬هاي زيادي مي¬باشد. در سال¬هاي اخير فعاليت¬هاي زيادي انجام شده است تا به كمك روشي بتوان در مدت زمان كوتاه¬تري خواص و رفتار خستگي مواد كامپوزيتي را پيش¬بيني نمود. يكي از اين روش¬ها، روش ترموگرافي مي¬باشد كه بر اساس دما و گرماي توليد شده در نمونه به واسطه انجام آزمايش خستگي، رفتار خستگي را پيش¬بيني مي¬كند. به طور كلي اگر بخواهيم گرماي توليد شده در تست خستگي را طبقه¬بندي كنيم، به دو بخش گرماي توليد شده ناشي از سايش داخلي و تغييرات برگشت ناپذير (رشد ترك، جدا شدن لايه¬ها و ...) تقسيم مي¬شود. به اين نكته هم بايد توجه شود كه بيشتر آسيب خستگي ناشي از تغييرات برگشت ناپذير مي¬باشد و سايش داخلي تاثير زيادي بر روي آسيب ندارد. تحقيقات نشان مي¬دهد كه مقدار گرماي توليد شده كلي به واسطه خرابي تقريبا مستقل از سطح تنش اعمالي مي¬باشد. بر اساس اين رفتار، يك روش سريع براي پيش بيني نمودار S-N در يك مدت زمان كوتاه بيان مي¬شود كه با اندازه¬گيري نمودارهاي افزايش دما تحت بارگذاري سيكلي و هدايت يك يا دو قطعه تا شكست نهايي انجام مي¬پذيرد. به واسطه نمودارهاي توسعه دمايي مي¬توان برخي خواص خستگي را مورد بررسي قرار داد. اين خواص مورد بررسي قرار گرفته در اين پژوهش شامل: حد خستگي، عمر خستگي، تخمين گرماي توليد شده به صورت شبيه¬سازي عددي و روابط تئوري، بررسي رابطه نسبت تنش و تغييرات دمايي، تخمين استحكام نمونه مي¬شود. حد خستگي براي نمونه مورد نظر اين پژوهش از دو روش ترموگرافي و اتلاف انرژي مكانيكي تخمين زده شده است.

1400/11/03

Prediction of fatigue response in carbon-epoxy composites by thermographic methods

11/21/2022 12:00:00 AM

As the strength and stiffness of composite materials under cyclic loading decreases sharply, the fatigue properties of composites become more important because they have a significant effect on the safety of parts and structures. Conventional methods for obtaining and estimating properties require long time and many samples. In recent years, many activities have been done to predict the fatigue properties and behavior of composite materials in a shorter period of time. One of these methods is the thermographic method, which predicts the fatigue behavior based on the temperature and heat generated in the sample by performing a fatigue test. In general, if we want to classify the heat generated in the fatigue test, it is divided into two parts: heat generated due to internal wear and irreversible changes (crack growth, layer separation, etc.). It should also be noted that most fatigue damage is caused by irreversible changes and internal wear does not have much effect on the damage. Research shows that the amount of total heat generated by failure is almost independent of the applied stress level. Based on this behavior, a rapid method for predicting the S-N diagram in a short time is expressed by measuring the temperature rise diagrams under cyclic loading and guiding one or two pieces to the final failure. Some properties of fatigue can be investigated through temperature development diagrams. These properties studied in this study include: fatigue limit, fatigue life, estimation of heat generated in the form of numerical simulations and theoretical relations, study of the relationship between stress ratio and temperature changes, estimation of sample strength. Fatigue limit for the sample of this study is estimated from two methods of thermography and mechanical energy loss.