26345

استحكام باقي مانده نانو كامپوزيت¬هاي كربن/ اپوكسي تحت بار گذاري متناوب دمايي و ضربه كم سرعت

دكتري

مكانيك

1393-1394

1400/11/24

دكتر فتح اله طاهري بهروز

ندارم

مكانيك

ضربه با انرژي پايين و كم سرعت شامل برخورد ابزارهاي تعمير و ضربات ناشي از برخورد اجسام خارجي به قطعات ساخته شده از كامپوزيت¬هاي زمينه پليمري، در بيشتر موارد عيوبي ايجاد مي¬كند كه با بازرسي چشمي قابل شناسايي نبوده ولي باعث افت خواص مكانيكي و كارايي سازه مي¬شوند. از طرف ديگر در برخي كاربردها، قطعات كامپوزيتي در معرض تغييرات دمايي مداوم قرار مي¬گيرند كه اين عامل، خواص مكانيكي از جمله خواص مقاومت به ضربه آنها را تحت تاثير قرار مي¬دهد. هدف اين رساله استفاده از نانو ذرات رس به منظور بهبود خواص صفحات كربن/ اپوكسي تحت ضربه كم سرعت و چرخه¬هاي حرارتي مي¬باشد. روش تحقيق در اين رساله، بر مبناي مشاهدات آزمايشگاهي و تفسير و كمي¬سازي نتايج مي¬باشد. ابتدا نمونه¬هاي اپوكسي حاوي سه درصد وزني 2/0، 4/0 و 8/0از نانورس ساخته شده و بر مبناي خواص كششي و خمشي نمونه¬ها درصد بهينه نانورس در رزين اپوكسي 2/0 درصد بدست آمده¬است. سپس صفحات كربن/ اپوكسي بدون نانورس و حاوي 2/0 درصد نانورس با روش نفوذ در خلأ ساخته شده و تحت آزمون ضربه كم سرعت به روش سقوط آزاد و در سه سطح انرژي ضربه 10، 15 و 20 ژول قرارگرفتند. افزودن نانورس، بيشينه نيروي تماسي ضربه و استحكام فشاري باقي¬مانده را بطور ميانگين، به¬ترتيب %11/22 و %77/20 در نمونه¬ها افزايش داده¬است. در ادامه صفحات كامپوزيتي كربن / اپوكسي با و بدون نانورس در آون حرارتي تحت دويست چرخه حرارتي بين 30- تا 65+ درجه سانتيگراد قرار گرفته¬اند. قرارگيري چند لايه‌¬ها در شرايط چرخه حرارتي، منجر به افزايش %34/19، %61/14، % 28و %3/30 سفتي نمونه¬‌هاي ضربه خورده با انرژي 0، 10، 15 و 20 ژول گرديده-است. و استحكام باقي مانده فشاري به ترتيب %72/15، %19/8، 29%/19 و %76/13 در سطوح انرژي ضربه 0، 10، 15 و 20 ژول افزايش داشته¬است.در ادامه با استفاده از ميكروسكوپ نوري، ميكروسكوپ الكتروني روبشي و سي¬تي¬اسكن، مكانيزم¬هاي خرابي ناشي از ضربه كم سرعت و چرخه¬هاي حرارتي در روي نمونه¬ها مطالعه شده¬است. در انتها پارامترهاي مدل كاپرينو براي پيش‌بيني استحكام فشاري باقي‌مانده نمونه¬هاي كربن/ اپوكسي با و بدون نانورس در دماي اتاق و شرايط چرخه حرارتي با استفاده از نتايج تجربي استخراج شده¬است.

1401/01/26

Residual Strength of Carbon/ Epoxy Nano Composites under Cyclic Temperature Loading and Low Velocity Impact

2/13/2023 12:00:00 AM

Low-energy, low-velocity impacts, including the impact of repair tools and impacts caused by the impact of foreign objects on parts made of polymer-based composites, in most cases cause defects that are not detectable by visual inspection but reduce mechanical properties and Performance constructs. On the other hand, in some applications, composite parts are exposed to constant temperature changes, which affects their mechanical properties, including impact resistance properties. The aim of this dissertation is to use clay nanoparticles to improve the properties of carbon/ epoxy plates under low impact velocity and thermal cycles. The research method in this dissertation is based on laboratory observations and interpretation and quantification of results. First, epoxy samples containing 3% by weight of 0.2, 0.4 and 0.8% were made of nanoclay and based on the tensile and flexural properties of the samples, the optimal percentage of nanoclay in epoxy resin was 0.2%. Then, carbon/ epoxy plates without nanoclay and containing 0.2% of nanoclay were made by vacuum infusion method and were subjected to low velocity impact test by drop weight method and at three impact energy levels of 10, 15 and 20 joules. Addition of nanoclay increased the maximum contact force of the impact and the residual compressive strength on average by 22.11% and 20.77% in the samples, respectively. Next, carbon/ epoxy composite plates with and without nanoclay are subjected to 200 thermal cycles between -30 and +65 degrees Celsius in a thermal oven. Exposure of the multilayers under thermal cycle conditions resulted in an increase of 19.34%, 14.61%, 14.8% and 30.3% stiffness of the damaged samples with energies of 0, 10, 15 and 20 joules. And the residual compressive strength increased by 15.72%, 8.19%, 19.29% and 13.76% at the levels of 0, 10, 15 and 20 joules, respectively. Scanning electron and CT scan, failure mechanisms due to low velocity impact and thermal cycles have been studied on the samples. Finally, the parameters of the Caprino model are used to predict the residual compressive strength of carbon / epoxy samples with and without nanoclay at room temperature and thermal cycle conditions using the experimental results.

ضربه كم سرعت، استحكام باقي¬مانده، كامپوزيت كربن/ اپوكسي، نانو¬رس، چرخه حرارتي

Low Velocity Impact, Residual Strength, Carbon/ Epoxy Composite, Nano Clay, Cycling Tempreature

mehdi torabi

fatholah taheri behrooz