شماره مدرك
20985
شماره راهنما
2458 دكتري
پديد آورنده
عمراني، الهه
عنوان
بررسي تجربي و شبيهسازي رفتار سازههاي مركب تقويتشده با پارچههاي حلقوي پودي سهبعدي چندسلولي تحت ضربه با سرعت پايين
مقطع تحصيلي
دكتري
گرايش تحصيلي
تكنولوژي نساجي
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
هشت، 272ص، مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
منسوجات حلقوي-پودي سه بعدي چندسلولي , سازه هاي مركب سه بعدي , شبيه سازي چندمقياسي , شبيه سازي اجزاي محدود , نرمافزار اختصاصي (پلاگين)، , استحكام فشاري و ضربه با سرعت كم
تاريخ ورود اطلاعات
1404/09/10
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي نساجي
دانشكده
مهندسي نساجي
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/02/07
كد ايرانداك
23181467
چكيده فارسي
امروزه جستجوي متخصصان براي جايگزين كردن مواد بهتر و جديدتر با ظهور و پيدايش سازه هاي مركب تقويتشده با منسوجات سهبعدي در مرحلهي جديد و ويژهاي قرارگرفته است. اگرچه منسوجات حلقوي-پودي قابليتهاي طراحي منحصربهفردي مانند انعطافپذيري بالا در طراحي و امكان توليد ساختارهاي سه بعدي يكپارچه با هندسه هاي پيچيده دارند، اما به دليل كشساني زياد، كمتر در سازههاي مركب استفاده ميشوند. شايد اين ويژگي در وهله ي اول، عاملي منفي درخصوص عملكردهاي كاربردي مكانيكي در ساختارهاي مركب سه بعدي حاصل از آنها به نظر برسد اما از ديدگاه مقاومت در برابر نيروهاي ضربه اي، ميتواند امري بسيار مطلوب باشد. چرا كه در اين نوع بارگذاري، اين ويژگي ساختاري باعث افزايش سطح آسيب و به دنبال آن، كاهش عمق نفوذ شكست در اين سازه ها ميگردد. پارچههاي سهبعدي حلقوي-پودي، سازههايي كاملاً يكپارچه هستند كه از آرايش يافتگي هاي چندمحوره ي درون صفحه اي و خارج از صفحه اي برخوردارند. درنتيجه، سازه هاي مركب توليد شده از اين ساختارها، در كنار سبك بودن، ازلحاظ عدم جدايش هسته از پوسته و خواص مكانيكي مانند مقاومت در برابر ضربه، عملكرد بسيار مؤثرتري خواهند داشت. براين اساس، رساله ي حاضر با هدف توليد منسوجات حلقوي-پودي سه بعدي چندسلولي و مدلسازي رفتارمكانيكي سازه ي مركب حاصل از آن ها، تعريف شده است. اين ساختارهاي حلقوي نوظهور، نوع جديدي از منسوجات سهبعدي هرمي شكل با هندسه هاي مختلف مكعبي، مثلثي و الماسي در جهت ضخامت و هسته هستند كه سازه هاي مركب حاصل از آنها بهصورت تجربي تحت بارگذاري هاي فشاراستاتيكي و ضربه باسرعت كم قرار گرفتند و با سازه هاي مركب تقويت شده با منسوجات حلقوي-پودي فاصله دار مقايسه شدند تا رفتار مكانيكي آنها ارزيابي گردد و نتايج به دست آمده در نهايت براي شبيه سازي مدل اجزاي محدود به كاررود. آزمونهاي تجربي بر مبناي بررسي اثرات ناشي از بارگذاري هاي فشاري و ضربه باسرعت كم با درنظرگرفتن بررسي عوامل ساختاري مانند اثر نوع هندسه، كسر حجمي الياف و ارتفاع سازه ها انجام شدند. مقايسه ي نتايج تجربي نشان داد كه سازه هاي مركب هرمي شكل نسبت به سازه هاي مركب فاصله دار يك افزايش چشمگير 50/47 درصدي در كسرحجمي الياف دارند و 28/66 درصد بيشينه ي نيروي فشاري، 25/52 درصد بيشينه ي نيروي ضربه اي، 57/90 درصد جذب انرژي فشاري و 14 درصد جذب انرژي ضربه اي را بهبود مي بخشند. در نهايت، پيش بيني رفتار مكانيكي سازه ها با كمك روش اجزاي محدود چندمقياسي در قالب يك نرم افزارطراحي شده شامل به كارگيري تحليل اجزاي محدود در مقياس ميكروساختار، مزوساختار و ماكروساختار با كمك برنامه نويسي به زبان پايتون شامل مراحل همگن سازي، محلي سازي و پيش بيني شروع آسيب با كمك تعيين داده هاي معيارشكست هاشين در سازه هاي مركب، صورت گرفت. همچنين امكان پيشبيني استحكام سازه هاي مركب و شناسايي مناطق بحراني در مقياس مزوساختار نمونه نيز با استفاده از اين نرم افزار فراهم گرديد. نرم افزار طراحي شده ي مبتني بر روش اجزاي محدود توانست داده هاي استحكام فشاري و كششي براي معيارآسيب هاشين را با خطاي كمتر از 10 درصد، داده هاي نيروي فشاري براي سازه هاي مركب فاصله دار و هرمي شكل را به ترتيب با خطاهاي كمتر از 5 و 20 درصد و داده هاي نيروي تماس ضربه اي براي سازه هاي مركب فاصله دار و هرمي شكل را به ترتيب با خطاهاي كمتر از 4 و 8 درصد پيشبيني نمايد.
چكيده انگليسي
Sandwich structures are among the lightweight, high-performance structures that are highly suitable for aerospace and automotive applications. However, their closed-cell structure makes them prone to internal corrosion and delamination, complicating inspection and repair. With the emergence of composite structures reinforced with three-dimensional textiles, the search for better and newer materials has entered a new and special stage. In the composite material industry, despite the unique capabilities such as high design flexibility and the possibility of producing integrated three-dimensional structures with complex geometries, the use of knitted fabrics, especially weft-knitted fabrics, is less common compared to other textiles due to their structural nature. Three-dimensional weft-knitted fabrics are fully integrated structures with both in-plane and out-of-plane multi-axial alignment. Consequently, the composite structures produced from these fabrics, besides being lightweight, exhibit much more effective performance in terms of core-shell separation resistance and mechanical properties such as impact resistance. This dissertation aims to produce three-dimensional multicellular weft-knitted fabrics to achieve structures similar to the final product shape and model the mechanical behavior of the resulting composite structures. These emerging knitted structures are a new type of three-dimensional textile created using pyramid-shaped weft-knitting with various cubic, triangular, and diamond geometries in the thickness and core. The composite structures obtained from them were experimentally subjected to static compression and low-velocity impact loading and compared with composite structures reinforced with spacer weft-knitted fabrics to evaluate their mechanical behavior. The obtained results were ultimately used for finite element model simulation. Experimental tests were based on evaluating the effects of compressive and low-velocity impact loading, considering structural factors such as the type of geometry, fiber volume fraction, and structure height. The comparison of experimental results showed that pyramid-shaped composite structures exhibited a remarkable 50.47% increase in fiber volume fraction, 66.28% maximum compressive force, 52.25% maximum impact force, and 90.57% improvement in compressive and 14% improvement in impact energy absorption compared to spacer composite structures. Finally, the mechanical behavior prediction of the structures was carried out using a multi-scale finite element method designed as software, including microstructure, mesostructure, and macrostructure scale analysis with Python programming, homogenization, and localization steps, and predicting damage initiation using modified Hashin failure criteria data in composite structures. The software also enabled the prediction of composite structure strength and identification of critical areas at the mesostructure scale. The good agreement between the simulation model results and experimental results indicates the high capability of the proposed software in predicting the behavior of the composite structures considered in this dissertation.
استاد راهنما
حسين حسني , حسين ديباجيان
استاد مشاور
هادي رزقي ملكي
استاد داور
سعيد آجلي , هوشنگ نصرتي , مهدي سلماني تهراني