توصيفگر ها :
فراماده , ضريب پواسون منفي , پريفرم هاي نساجي , پارچه حلقوي , كامپوزيت تقويت شده با پارچه حلقوي
چكيده فارسي :
مواد آگزتيك، به¬عنوان دستهاي از فرامواد، به¬دليل خواص مكانيكي منحصربهفردي كه دارند بسيار مورد توجه قرار گرفتهاند. اين مواد به¬دليل ساختاري كه دارند در برابر اعمال كرنش طولي مثبت، داراي كرنش عرضي¬ مثبت بوده و در نتيجه ضريب پواسون اين مواد منفي به¬دست مي¬آيد، با اعمال كرنش در اين مواد به¬دليل چرخش عضوي از هندسه آن سبب افزايش طول عمود بر جهت اعمال كرنش ميشود كه در نتيجه منجر به ضريب پواسون منفي ميشود. اين نوع هندسه را هم در پارچهها ميتوان ايجاد كرد اما هندسه پارچه داراي حفرههاي ريز و درشت است كه سيال يا جسمهاي كوچكتر از حفرهها ميتوانند از پارچه عبور كنند، همچنين تخلخل ميتواند عملكرد ساختار آگزتيك را كاهش دهد. در پژوهش حاضر، براي اولين بار به بررسي ضريب پواسون در پارچه بافته شده به روش حلقوي ساده كه به رزين آغشته شده و حفرههاي پارچه كاملاً مسدوده شده پرداخته شده است. تكنولوژي پارچههاي حلقوي به¬عنوان مهمترين و جذابترين تكولوژي در صنعت نساجي است. در پارچه دو الگوي بيضي و لوزي تو خالي ايجاد شده است كه الگوهاي ايجاد شده به¬صورت بيضيهاي عمود بر هم و لوزيهاي عمود بر هم با نسبت قطركوچك به قطر بزرگ معين هستند، كه در نهايت اين الگوها با رزين پر شده است. اين حفرههاي توخالي باعث ايجاد يك شبكه مربع شكل در پارچه شده است كه با اعمال كرنش اين مربعها چرخيده بهطوريكه باعث افزايش ضلع عمود بر جهت اعمال بار ميشود. اين تحقيق در دو بخش ماكرو و ميكرو انجام گرفته است. در بخش ماكرو با روش المان محدود در نرمافزار آباكوس به بررسي پارامترهاي مختلف در ايجاد ضريب پواسون منفي پرداخته شده است. پارامترهاي بررسي شده دربخش ماكرو شامل شكل هندسي الگو ايجاد شده در پارچه از قبيل قطر بزرگ الگوها و فاصله بين الگوها، ناهمسانگردي كامپوزيت يا به عبارتي ناهمسانگردي پارچه آغشته به رزين، ضريب پواسون كامپوزيت بودند و به¬عنوان مهترين پارامتر ميتوان به بررسي تأثير نسبت مدول يانگ كامپوزيت به رزين اشاره كرد. در مقياس ميكرو كه به روش ميكرومكانيك تحليل شده است تأثير شكل هندسي بافت، قطر نخ و ضخامت سازه بر مدول يانگ كامپوزيت مورد بررسي قرار گرفته است. با توجه به بررسي¬ها و تجزيه و تحليل¬هاي انجام شده، نتايج به¬دست آمده نشان مي دهد كه نسبت مدول يانگ كامپوزيت به رزين بيشترين تأثير را برروي ضريب پواسون سازه دارد به عبارتي ديگر بالا بودن مدول يانگ كامپوزيت باعث چرخش راحتتر الگوهاي مربع شكل ايجاد شده در روي سازه ميشود، با چرخش بيشتر اين مربعها ضريب پواسون سازه به سمت منفي ميل ميكند. لازم به¬ذكر است بعد از افزايش بيش از حد مدول يانگ كامپوزيت، ضريب پواسون، ديگر به نسبت مدول يانگها بستگي نداشته و در عوض تأثير هندسه يا به عبارت ديگر تأثير قطر بزرگ بيضي يا لوزيها و همچنين اثر فاصله بين اين الگوها بيشتر ميشود. در بررسي ناهمسانگردي كامپوزيت يك نقطه بهينه در هر هندسه به¬دست ميآيد، به عبارتي در اين نقطه ضريب پواسون كمترين مقدار است. در نهايت با در نظر گرفتن اين پارامترها ميتوان به يك كامپوزيت آگزتيك بدون تخلخل كه تقويت¬كننده آن از پارچه حلقوي ساده تشكيل شده است دست پيدا كرد.
چكيده انگليسي :
Auxetic materials, as a class of metamaterials, are of great interest due to their unique mechanical properties. auxetic materials exhibit positive transverse strain and therefore a negative Poisson's ratio under longitudinal strain. The rotation of a geometric member made from these materials can lead to elongation in the lateral direction in response to an applied load, resulting in a negative Poisson's ratio. Such a geometry can be further incorporated into fabrics. However, fabrics contain pores of various sizes through which fluids or smaller particles can infiltrate, thereby reducing the performance of the auxetic fabric structure. In the present research, the Poisson's ratio of resin-impregnated plain weft-knitted fabrics with completely blocked pores was investigated for the first time. Weft-knitting is widely recognized as the most significant and attractive technology in the textile industry. In this design, hollow elliptical and rhombic patterns were developed in the fabric, with predefined major-to-minor diameter ratios, arranged orthogonally to each other, and the pore pattern was finally filled with resin. A square network is established by these holes, which rotates under strain, inducing diameter elongation in the normal direction to the applied load. This research was performed in two steps at macro and micro scales. Macro-scale studies were conducted using the finite-element method (FEM) in Abaqus software 6.14 to analyze the effects of different parameters on the establishment of a negative Poisson's ratio. The parameters studied in the macro-scale analyses included the geometrical shape of the pattern developed in the fabric (e.g., major diameter and spacing of the patterns), anisotropy and Poisson's ratio of the composite (i.e., resin-impregnated yarn and the resin around the yarn), and most importantly, the resin-to-composite Young's modulus ratio. Micro-scale studies included micromechanical analyses to evaluate the effects of knitting geometry, yarn diameter, and thickness on the Young's modulus of the composite. According to the studies and analysis, the obtained results, the resin-to-composite Young's modulus ratio had the largest effect on the Poisson's ratio. In other words, a higher Young's modulus for the composite facilitated the rotation of square-shaped patterns within the structure, pushing the Poisson's ratio of the structure towards negative values. It is worth mentioning that when the Young's modulus of the composite increased to excessively high levels, the Poisson's ratio no longer depended on the resin-to-composite Young's modulus ratio, and the effect of geometry (i.e., major diameter of the ellipses/rhombs and their spacing) became dominant. By investigating composite anisotropy, an optimal point was identified for each particular geometry where the Poisson's ratio was minimal. Generally, at this optimal point, the Young's modulus in the 1-direction was twice as large as the Young's modulus in the 2-direction, with the exact position of the optimal point being controlled by the composite geometry. By considering these parameters, it is possible to achieve a non-porous auxetic composite that it's reinforced with plain weft-knitted fibers.