18608

2072 دكتري

دكتري

طراحي جامدات

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1402

هشت، 99ص. : مرور، جدول، نمودار

1402/04/03

كتابنامه

مهندسي مكانيك

مهندسي مكانيك

1402/04/03

2941650

يكي از چالش¬هاي استفاده از كامپوزيت¬هاي لايه¬اي در كاربردهاي سازه¬اي خواص برون صفحه ضعيف اين دسته از كامپوزيت¬ها است. از اين‌رو افزايش چقرمگي و استحكام بين¬لايه¬اي براي مقابله با آسيب¬هاي بين¬لايه¬اي نظير ايجاد و رشد تورق مورد توجه محققان قرار گرفته است. يكي از روش¬هاي اخير براي دستيابي به اين هدف استفاده از نانولوله¬ها در بين لايه¬ها است. بنابراين با توجه به كاربردهاي رو به رشد نانوكامپوزيت¬ها، در اين رساله بررسي چقرمگي بين¬لايه¬اي كامپوزيت اپوكسي با اضافه نمودن نانولوله كربني مورد توجه قرار گرفته است. با توجه به محدوديت¬هاي تحميل شده¬ي روش¬هاي تجربي در مطالعه¬هاي پارامتري از نظر تجهيزات و هزينه¬هاي در دسترس، رويكرد عددي مي‌تواند گزينه مناسبي باشد. در اين پژوهش از روش¬هاي عددي چند مقياسي بهره گرفته مي¬شود. در روش چند مقياسي، ورودي‌هاي مدل در هر مقياس از مقياس پايين‌تر و با توجه به فرضيه¬هاي در نظرگرفته شده، حاصل مي¬گردد. با توجه به فيزيك مسأله و تنوع مكانيزم‌هاي چقرمه¬كننده از جمله پل¬زني نانولوله و بيرون كشيدگي آن، مطالعه رفتار بين نانولوله و اپوكسي داراي اهميت است. اين هدف در مقياس نانو به روش ديناميك مولكولي انجام مي‌گردد. بنابراين آزمون بيرون كشيدن نانولوله از رزين اطراف با درنظرگرفتن حجمك نماينده مناسب شبيه‌سازي مي‌گردد. هدف از تحليل در مقياس ميكرو، مدل¬سازي مكانيزم¬هاي افزايش چقرمگي است. با مطالعه رفتار حجمك نماينده تحت بارگذاري ترك در مود اول ضمن بررسي تأثير برخي از پارامترها، ورودي¬هاي شبيه‌سازي در مقياس مزو تأمين مي¬گردد. در مقياس مزو، با بررسي اثر دور زدن ترك اطراف الياف شيشه، خواص المان چسبي براي مقياس بالاتر استخراج مي‌شود. در مقياس ماكرو براي بررسي چقرمگي شكست بين¬لايه¬اي آزمون‌هاي استاندارد نظير تيردولبه يك سر درگير به روش ناحيه چسبنده مدل¬سازي مي¬گردد. هم چنين اثر پل زي الياف شيشه به روش اضافه كردن الياف كمكي بين دو لايه در نظر گرفته مي‌شود. براي اعتبارسنجي نتايج عددي، نمونه استاندارد تقويت شده با نانولوله¬هاي كربني در آزمون استاندارد مورد بررسي قرار مي¬گيرد. نتايج آزمون تيردولبه نشان دهنده رشد در انرژي شكست اوليه و انرژي توسعه شكست با اضافه كردن نانولوله كربني است. به طوري كه با اضافه كردن 5/0 درصد نانولوله كربني انرژي شكست اوليه تا 25 درصد افزايش پيدا كرده است. مطالعه سطح ترك با ميكروسكوپ الكتروني روبشي، وجود مكانيزم‌هاي چقرمه‌كننده غالب از جمله پل زني و شكست نانولوله و بيرون كشيدگي آن را نشان مي‌دهد. در مقياس ميكرو، استفاده از مدل آسيب غيرمحلي بر روي رزين اپوكسي با توجه به اثر مكانيزم هاي چقرمه‌كننده نانولوله موجب پيش بيني بهتر سطح ترك شده است و اثرات محلي رشد ترك كاهش پيدا كرده است. در اين رساله اثرات مكانيزم‌هاي چقرمه‌كننده از جمله پل‌زني نانولوله و پل‌زني الياف با رويكرد چند مقياسي به صورت همزمان ديده شده است.

The effect of adding carbon nanotubes (CNTs) between glass-epoxy composite laminate in the mode I interlaminar behavior was investigated by experimental and numerical methods. By using the double cantilever beam (DCB) test, the weight ratios of 0.5%, and 1%, the weight of CNTs were compared with the case without CNTs. By adding the CNTs, the mode I interlayer fracture toughness increases by about 50%. A multiscale approach was used for modeling the DCB test. At the micro-scale, toughness mechanisms, including CNT pull-out, its breaking and bridging, and the separation of the nanotube from the surrounding resin were modeled. The separation of the nanotube from the surrounding resin was modeled with a cohesive element. The cohesive element around the nanotube was embedded in the three-dimensional elements of the resin and according to the weight percentage of the nanotube to the resin, a representative volume element (RVE) was created. The orientation, length, and diameter of CNT were considered randomly in the RVE. In the meso-scale, according to the percentage of glass fibers to resin, an RVE was created randomly. By using the damage model whose parameters were extracted from the micro-scale, crack growth was simulated. According to the Hill-Mendel conditions, the relationship between the meso and macro scale was established and the number of effective quantities of traction and separation from the micro-scale was used as the parameter of the cohesive element in the macro-scale. To consider the bridging effect of glass fibers and its effect on interlayer fracture toughness, random distribution of interlayer beam elements was created. At the macro-scale, the DCB test simulated and cohesive elements were considered for modeling lower-scale mechanisms and beam elements for fiber bridging simultaneously. A favorable agreement between the experimental and simulation results was obtained.

محمد مشايخي

مهدي كاروان

سعيد ضيائي راد , محمدرضا فروزان , رهام رفيعي