20298

2334 دكتري

دكتري

طراحي كاربردي - مكانيك جامدات

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1403

هشت، 143ص. : مرور، جدول، نمودار

1404/03/07

كتابنامه

مهندسي مكانيك

مهندسي مكانيك

1404/03/11

23137297

ميكرومكانيك محاسباتي ابزاري كار‌آمد براي تحليل و طراحي مواد به ‌‌ويژه مواد مركب است. به كمك اين روش مي‌‌توان تاثير متغيرهاي مختلف مانند نسبت‌‌هاي حجمي، توزيع الياف در زمينه، حفره و ريز ترك را بر شكل‌‌گيري و رشد آسيب و تاثير آن بر رفتار مكانيكي مواد مركب بررسي ‌‌كرد، كه اين كار معمولا به كمك روش المان محدود كلاسيك صورت مي‌‌پذيرد. با اين حال به ‌‌كارگيري روش‌‌هاي جديدتر در شبيه‌‌سازي‌‌هاي ميكرومكانيكي كه بتواند نقاط ضعف روش‌‌هاي مرسوم را برطرف نمايد، مي‌‌تواند گامي رو به جلو در توسعه اين روش تلقي گردد. در اين راستا در پژوهش حاضر تلاش شده‌است با كمك گرفتن از قابليت‌‌هاي توابع نربز، يك روش مدل‌‌سازي هم‌هندسي مناسب براي شبيه‌سازي سه بعدي ‌ميكرومكانيك آسيب ماده مركب شيشه/اپكسي با الياف بلند ارائه‌ شود. اين مدل كه در محيط نرم افزار متلب برنامه نويسي شده، برمبناي چند تكنيك گام به گام بر اساس ويژگي‌‌هاي توابع نربز گسترش يافته كه قادر است مشخصه‌‌هاي هندسي و رفتاري ماده مركب مانندِ ناهمگني، جدايش الياف و زمينه و اشكال مختلف حباب را لحاظ كرده و همزمان يك مدل‌‌ هندسي و تحليلي مناسب براي المان حجمي نماينده ارائه نمايد. نتايج نشان مي‌‌دهد، مدل هم‌‌هندسي تك‌‌وصله ارائه شده مزاياي قابل توجهي نسبت به روش مرسوم المان محدود و روش هم‌‌هندسي چندوصله برخوردار است كه از جمله‌‌ آن‌‌ها مي‌‌توان به قابليت ترسيم دقيق هندسه اجزاي تشكيل‌‌دهنده، پارامتري شدن دامنه حل، كاهش و تسريع مراحل آماده‌‌سازي مدل، قابليت اصلاح جزئيات هندسي بدون نياز به شبكه بندي مجدد و عدم نياز به قيد‌‌هاي جفت ‌‌شدگي پيچيده اشاره كرد. همچنين به دليل تك‌وصله بودن مدل ارائه‌شده، امكان به‌‌كارگيري روش هم‌‌هندسي براي المان حجمي نماينده به ‌‌نسبت بزرگ‌ را ميسر كرده است. به منظور شبيه‌سازي آسيب در ماده مركب، مدل المان چسبنده براي لحاظ نمودن جدايش سطح مشترك الياف و زمينه و يك مدل ساختاري آسيب وابسته به فشار هيدرواستاتيك براي پيش‌‌بيني شكست در ماده زمينه به كار گرفته‌‌ شده‌‌است. با اين حال بررسي‌‌هاي انجام شده نشان داد كه مدل‌‌هاي آسيب وابسته به فشار هيدرواستاتيك موجود، در هنگام موضعي شدن آسيب با مشكلاتي مثل عدم سازگاري نتايج شبيه‌‌سازي با پارامترهاي ورودي و يا حساسيت غيرواقعي به اندازه المان‌‌هاي شبكه مواجه هستند. از اين رو به توسعه يك مدل آسيب وابسته به فشار هيدرواستاتيك جديد براي مواد ترد اقدام گرديد. بررسي نتايج بدست آمده از يك نمونه ميله مستقيم كه آسيب در آن موضعي شده است، نشان داد كه مدل ارائه شده مي‌‌تواند در بارگذاري‌‌هاي ساده اين مسائل را به خوبي برطرف نمايد و نتايج قابل قبولي از لحاظ حساسيت نتايج به اندازه المان‌‌هاي شبكه در بارگذاري‌‌هايي تركيبي ارائه كند. به كمك مدل هم‌‌هندسي تك‌وصله جديد و مدل ساختاري آسيب پيشنهاد شده براي ماده زمينه، شبيه‌‌سازي‌‌هاي ميكرومكانيكي صورت پذيرفت و پاسخ‌‌هاي به‌دست آمده مورد بحث و بررسي قرار گرفت. نتايج حاصل به خوبي مزاياي كاربرد مدل هم‌‌هندسي ارائه شده را بيان كرده و حاكي از مطابقت نتايج حاصل از شيبه‌‌سازي‌‌هاي انجام شده با نتايج عددي و تجربي است.

Computational micromechanics is an effective approach for analyzing and designing polymer composites. In this methodology, the effects of various parameters such as fiber distribution, volume fractions, cavities, and primary microcracks on the mechanical behavior of composites can be successfully studied. This methodology is commonly used by employing the conventional Finite element solution method. However, introducing the new methodologies will be a step forward to circumvent the shortcomings. To do so, a new 3D micromechanical isogeometric-based framework has been developed to reduce the computational costs, while retaining the same level of accuracy. The presented framework which is programmed in MATLAB software environment, is capable of simulating exact geometry and separation of fiber/matrix interface by considering only one patch. Furthermore, this single patch-based approach makes it possible to easily analyze huge representative volume elements (RVE). Also, a new damage model has been presented matrix constitutive equations that can effectively address the spurious mesh-sensitivity issue. the model has been examined under both uniform and non-uniform stress conditions, with considering damage localization. The good rate of mesh convergence under different loading conditions confirms the mesh-size insensitivity for the presented model. The performance of the presented model has been verified by performing micromechanical damage analysis on several generated RVEs of unidirectional fiber-reinforced composites, in which matrix and fiber/matrix interfaces experience damage. The predicted damage evolutions under different loading conditions are in excellent agreement with prior experimental and numerical studies that demonstrate the veracity of the presented model.

محمدرضا فروزان

مهدي كاروان

محمد مشايخي , مهدي جوان بخت , حسين جعفرزاده , حسين تودشكي