عنوان :
مدل‌سازي رفتار كامپوزيت‌هاي الياف كوتاه در بارگذاري كششي با رهيافت مكانيك آسيب
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
طراحي كاربردي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
چهارده، 87ص. : مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
محمد مشايخي
استاد مشاور :
محمد سيلاني، مهدي كاروان
توصيفگر ها :
كامپوزيت الياف كوتاه , استحكام , شبيه‌سازي عددي , آزمون كشش , مكانيك آسيب
استاد داور :
رضا جعفري ندوشن، مهدي جوانبخت
تاريخ ورود اطلاعات :
1400/05/31
رشته تحصيلي :
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1400/05/31
چكيده فارسي :
امروزه مدل‌هاي عددي آسيب مختلفي براي محاسبه و تخمين استحكام تا شكست كامپوزيت‌هاي الياف كوتاه ارائه شده‌اند. اين پژوهش به بررسي و شبيه‌سازي عددي استحكام تا شكست كامپوزيت‌هاي الياف كوتاه مي¬پردازد و هدف از آن ارائه يك مدل جامع براي مدل‌سازي رفتار كامپوزيت‌هاي الياف كوتاه استفاده شده در قطعات مختلف تا نقطه شكست است كه باعث كاهش زمان و هزينه بررسي آن‌ها هم‌زمان با افزايش دقت مي‌شود. در اين پژوهش به مدل‌سازي رفتار كامپوزيت الياف كوتاه شامل الياف كوتاه شيشه و زمينه رزين گرماسخت پرداخته مي‌شود. براي مدل‌سازي رفتار رزين تا شكست به پياده‌سازي عددي يك مدل الاستيك-ويسكوپلاستيك همراه با يك مدل آسيب پيوسته توسعه يافته براي پليمرهاي گرماسخت پرداخته شد. به منظور استفاده كاربردي از اين مدل پياده‌سازي شده روي هندسه‌هاي كاربردي كه در اين پژوهش همان نمونه دمبلي شكل استاندارد است، از روش همگن‌سازي عددي استفاده شد. در اين روش همگن‌سازي باتوجه به شباهت رفتار رزين و كامپوزيت، از همان مدل عددي بيانگر رفتار رزين براي مدل‌سازي رفتار كامپوزيت استفاده مي‌شود. همچنين در مراحل مختلف جهت استخراج ثوابت مدل عددي و استخراج داده‌هاي مورد نياز براي صحت‌سنجي مدل، آزمون‌هاي تجربي انجام شدند. نمونه‌هاي مورد نياز براي آزمون‌هاي تجربي طبق استاندارد D638 ASTM ساخته شدند و مورد آزمون قرار گرفتند. نمونه‌هاي كامپوزيتي با 3 درصد وزني الياف ساخته شدند. با مقايسه بين نتايج حاصل از مدل‌سازي عددي و نتايج آزمون‌هاي تجربي، مشخص شد كه مدل عددي توانايي بسيار خوبي در مدل‌سازي رفتار اين كامپوزيت را با خطاي كم دارد. خطاي كرنش اين مدل در نقطه شكست نمونه نسبت به نتايج تجربي برابر 0/45 درصد و خطاي استحكام آن برابر 3/98 درصد است. اين مدل همچنين افت استحكام شكست در نمونه‌هاي با درصد كم الياف را پيش بيني كرد كه علت اين اتفاق افزايش اثر تمركز تنش نوك الياف نسبت به اثر استحكام بخشي الياف است كه باعث افزايش آسيب و شكست زود هنگام مي‌شود. براي كامپوزيت با مواد سازنده معرفي شده در اين پژوهش، درصد بحراني الياف كه در درصدهاي الياف كمتر از آن اثر افت استحكام مشاهده مي‌شود برابر مقدار تقريبي 16 درصد وزني الياف است. براي كامپوزيت با 40درصد وزني الياف، افزايش استحكام در نقطه شكست نسبت به رزين خالص برابر 18/3درصد است. همچنين كاهش جابه‌جايي تا شكست برابر 60درصد است.
چكيده انگليسي :
Nowadays, a variety of damage numerical models has been proposed to calculate and estimate the failure strength of short fiber composites. This study investigates and numerically simulates the failure strength of short fiber composites and aims to provide a comprehensive model for modeling the behavior of short fiber composites are used in different parts to the point of failure leading to reduction in the time and cost of analyzing them while increasing the accuracy. In this study, the behavior of short fiber composite including short glass fibers and thermoset resin is modeled. To model the resin behavior until the failure, a numerical elastic-viscoplastic-damage model was implemented together with a developed continuous damage model for thermoset polymers. To use this model as an applied one implemented on applied geometries, which in this research is the standard dumbbell shaped samples, numerical homogenization method was employed. In this homogenization method, due to the similarity of the resin and composite behavior, the same numerical model expressing the resin behavior is utilized to model the composite behavior. Furthermore, experimental tests were performed in different stages to extract the constants of the numerical model and to extract the data required for the validation of the model. The samples required for the experimental tests were fabricated according to the ASTM D638 standard and were analyzed. Composite samples filled with 3 wt% of fibers were prepared. By comparing the results obtained from numerical modeling approach with those from experimental tests, it was found that the numerical model was highly capable of modeling the performance of this composite with low error. The strain error of this model at the breaking point of the samples compared to the experimental results was found to be 0.45% and that in the case of strength was equal to 3.98%. The model further predicted the decrease in the fracture strength in specimens loaded with low filler content ascribed to the increase in the effect of fiber tip stress concentration relative to the fiber reinforcing effect, which in turn increases the damage and thus causes premature failure. For composites with the components introduced in this study, the critical percentage of fibers, under which the effect of loss in the strength is observed, is equal to approximately 16% by weight fraction of fibers. For composites with 40% by fibers weight fraction, the increase in strength at the breaking point compared to the pure resin is equal to 18.3%. In addition, the strain reduction at the breaking point is shown to be 60%.
استاد راهنما :
محمد مشايخي
استاد مشاور :
محمد سيلاني، مهدي كاروان
استاد داور :
رضا جعفري ندوشن، مهدي جوانبخت
