30283

بررسي رفتار شكست قطعات پليمري شياردار ساخته شده با روش ساخت افزايشي

دكتري تخصصي (PhD)

مهندسي مكانيك- طراحي كاربردي شاخه تخصصي مكانيك جامدات

1398

1402/10/5

مجيدرضا آيت اللهي - عليرضا ترابي

پرديس دانشگاهي - دانشكده مهندسي مكانيك

FDM يكي از روشهاي ساخت افزايشي است كه به دليل كاربرد وسيع در صنايع مختلف، در اين مطالعه انتخاب شده است. در روش FDM به دليل ساخت قطعات به صورت لايه به لايه و همچنين جهات لايه چيني متفاوت، رفتار مكانيكي و رفتار شكست اين قطعات در لايه چيني هاي مختلف، متفاوت است. هدف اصلي اين رساله دكتري، بررسي رفتار شكست نمونه هاي شياردار U شكل و نوك گرد V شكل از جنس ABS و PLA با شعاع هاي شيار، زاويه شيار و لايه چيني مختلف مي باشد. تحت مود بارگذاري اول و مود تركيبي I/II ميباشد. نشان داده مي شود كه نمونه با لايه چيني تهك جهته 45 درجه بيشترين كرنش شكست و بار شكست در بين نمونه هاي تك جهته ديگر را دارد. همچنين نمونه با لايهچيني [45/-45]6s به دليل جذب انرژي بالاتر و مقاومت هر دو جهت لايه چيني 45و -45 درجه به رشد ترك و در نهايت شكست به صهورت پارگي الياف؛ بار شكست بيشتري نسبت به نمونه با لايهچيني [0/90]6s دارد. لازم به ذكر است با بررسي نتايج تجربي و بررسي سطوح شكست نمونه از جنس، PLA نمونه با لايه چيني [0/90/45/-45]s با زاويه بازشدگي شيار 90 درجه به دليل وجود پلاستيسيته اطراف نوك شيار و (كاهش زبري سطح نسبت به نمونه 30 درجه) بالاترين بار شكست را دارد. به منظور پيش بيني نتايج تجربي با استفاده از تئوري هاي مكانيك شكست بر پايه ي انرژي و تنش، معيار حداكثر تنش مماسي MTS معيار تنش ميهانگين MS و معيار حداكثر چگالي انرژي كرنشي ASED ،در تركيب با مفهوم ماده ايروتروپ مجازي VIMC به منظور فرض خواص همسانگردي مجازي به جاي رفتار ناهمسانگردي استفاده خواهد شد. لازم به ذكر است براي بررسي رفتار شكست قطعات از جنس PLA در بخش تئوري به دليل رفتار نرم اين ماده از مفهوم ماده معادل EMC در تركيب با معيارهاي شكست گفته شده استفاده خواهد شد. به دنبال آن، از معيارهاي شكست براي تعيين منحني هاي حد شكست و منحني هاي زاويه شروع شكست بر حسب فاكتورهاي شدت تنش شيار NSIFs استفاده مي شود. همچنين در بخش آخر سطوح شكست نمونه هاي مورد نظر با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي SEM مورد بررسي قرار ميگيرد.

1402/10/10

Investigating the fracture behavior of notched polymer specimens made by additive manufacturing method (FDM technology)

12/25/2024 12:00:00 AM

Fused Deposition Modeling (FDM) is one of the widely adopted additive manufacturing methods due to its wide application in various industries. In this study, FDM was chosen as the manufacturing technique of interest. The mechanical behavior and fracture characteristics of FDM-printed with U-shaped notched and V-shaped notched specimens made of ABS and PLA materials with different notch radii, notch angle and layer orientations under Mode I and Mode I/II loading conditions are investigated. It was demonstrated that specimens with a unidirectional layer orientation of 45 degrees exhibited the highest strain at fracture and fracture load compared to other unidirectional specimens. Moreover, the sample with a [45/- 45]6s layer orientation showed higher fracture load due to higher energy absorption and the resistance of both 45 and -45 degree layer orientations to crack propagation. Notably, for PLA material, the [0/90/45/-45]s layer orientation with a 90 degree notch opening angle exhibited the highest fracture load, attributed to the presence of plasticity around the notch tip and reduced surface roughness compared to the 30 degree notch opening angle specimen. To predict experimental results using fracture mechanics theories based on energy and stress, criteria including Maximum Tangential Stress (MTS), Mean Stress (MS), and the Average Strain Energy Density (ASED) criteria, in combination with the concept of Virtual Isotropic Material Concept (VIMC), are utilized to assume virtual isotropic properties in place of anisotropic behavior. In the case of PLA specimens, the Equivalent Material Concept (EMC) is invoked due to its ductile behavior in the theoretical section. Subsequently, fracture criteria are employed to determine fracture limit curves and fracture initiation angle curves as functions of notch stress intensity factors (NSIFs). Finally, the fracture surfaces of the specimens are examined using Scanning Electron Microscopy (SEM).

ساخت افزايشي , پرينت سه بعدي FDM , قطعات شياردار , زاويه شروع شكست , چقرمگي شكست شيار , مفهوم ماده ايزوتروپ مجازي VIMC , مفهوم ماده معادل EMC

Additive manufacturing , FDM 3D Printing , Notched Components , Initiation Angle , Notch Fracture Toughness , Virtual Isotropic Material Characterization (VIMC) , Equivalent Material Concept (EMC)

Sahel Shahbaz

Dr. Majidreza Ayatollahi - Dr. Alireza Torabi