26476

مدلسازي و بررسي عملكرد خودترميمي در اثر رشد ترك با استفاده از آلياژهاي حافظه‌دار و ميكروكپسول‌ها

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1398

1400/12/18

دكتر محمدجواد اشرفي حبيب آبادي

مهندسي مكانيك

مواد خودترميم به‌عنوان يكي از انواع مواد هوشمند در ترميم و تعمير وسايل و پيشگيري از خرابي و از كار افتادگي ابزارها، قابليت استفاده دارند. روش‌هاي متعددي براي افزايش بازده و تكرار پذير كردن فرايند خودترميمي وجود دارد كه يكي از آن روش‌ها، تركيب ميكروكپسول‌هاي خودترميم با آلياژهاي حافظه‌دار است. هرچند تعدادي پژوهش آزمايشگاهي در اين زمينه انجام شده امّا به اين روش آن چنان كه بايد توجه نشده است. شبيه‌سازي اجزاي محدود يك روش سريع و در بيشتر موارد به‌صرفه براي تحليل عملكرد مدل‌ها است. به خصوص در روش خودترميمي كه فرايندها درون مدل و به دور از ديد محقق قرار دارد. در اين پژوهش تلاش شده است تا با استفاده از روش شبيه‌سازي اجزاي محدود، نحوه عملكرد اين تركيب ارزيابي شود. پس از بررسي نتايج تأثير سيم‌هاي آلياژ حافظه دار بر افزايش حداكثر تنش شكست كاملاً مشهود بود. با افزودن دو سيم حافظه دار تنش شكست از 93/1 مگاپاسكال به 08/2 مگاپاسكال رسيده است. همچنين اثر مهم‌تر كه بستن دهانه‌ي ترك مي‌باشد به نحوي كه با استفاده از دو سيم حافظه دار بدون پيش كرنش، بازشدگي دهانه‌ي ترك از 5 ميكرومتر به 008/0 ميكرومتر رسيده است. و نيز در حالتي كه سيم‌ها داراي پيش كرنش 1% باشند، اين عدد به صفر مي‌رسد و قسمت بالايي ترك بر قسمت پاييني فشار وارد مي‌كند. سپس تأثير شعاع سيم‌هاي آلياژ حافظه‌دار و نسبت ضخامت و نسبت حجمي ميكروكپسول بر تنش نهايي شكست و عملكرد خودترميمي بررسي گرديده است. در انتها تأثير استحكام لايه مياني بر شكست ميكروكپسول و تنش نهايي شكست ارزيابي شده است.

1401/02/25

Modeling and evaluation of self-healing performance due to crack growth using shape memory alloys and microcapsules

3/9/2023 12:00:00 AM

Self-healing materials can be used as one of the types of smart materials in recovering and repairing equipment and preventing breakdown and fracture of tools. There are several ways to increase the efficiency and Repeatability of the self-healing process, one of which is to combine self-healing microcapsules with shape memory alloys. Although several laboratory studies have been performed in this field, this method has not been given the attention it deserves. Finite element simulation is a fast and in most cases cost-effective way to analyze the performance of models. Especially when using the self-healing method, where processes are occurring inside the model and not within the researcher. In this study, an attempt has been made to evaluate the performance of this compound using the finite element simulation method. After examining the results, the effect of shape memory alloy wires on increasing the maximum fracture stress was quite obvious. By adding two shape memory wires, the fracture tension has increased from 1.93 MPa to 2.08 MPa. Also, the most important effect is to close the crack opening distance in such a way that using two shape memory wires without pre-strain, the distance of the crack opening has decreased from 5 μm to 0.008 μm. Also, in case the wires have a pre-strain of 1%, this number reaches zero and the upper surface of the crack puts pressure on the lower surface. Then, the effect of radius of memory alloy wires and thickness ratio and volume fraction of microcapsules on ultimate fracture stress and self-healing performance was investigated. Finally, the effect of interface strength on microcapsule fracture and ultimate fracture stress is evaluated.

مواد خودترميم , آلياژ حافظه دار , مكانيك شكست , شبيه سازي اجزا محدود

self-healing material , shape memory alloy , fracture mechanics , finite element simulation

mohsen taheri boroujeni

dr mohammadjavad ashrafi