شماره مدرك
20872
شماره راهنما
17936
پديد آورنده
كاروني، سينا
عنوان
بررسي رفتار شكست سازه هاي قوسي كامپوزيتي كنف-پلي پروپيلن تحت بارگذاري خمشي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
فناوري نساجي
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
سيزده، 135ص. :مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
كامپوزيت , سازه قوسي , مكانيك شكست , پلي پروپيلن , شعاع قوس , اندازه مش , كنف , آزمون خمشي
تاريخ ورود اطلاعات
1404/08/28
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي نساجي
دانشكده
مهندسي نساجي
تاريخ ويرايش اطلاعات
1404/10/30
كد ايرانداك
23186230
چكيده فارسي
كامپوزيتها به دليل خواص منحصربهفرد خود از جمله نسبت استحكام به وزن بالا، مقاومت به خوردگي، قابليت طراحي متنوع و امكان بهينهسازي مكانيكي و حرارتي، در صنايع مختلف از جمله خودروسازي، هوافضا، ساختمانسازي و تجهيزات ورزشي كاربرد گستردهاي دارند. اين مواد با تركيب يك ماتريس پليمري، فلزي يا سراميكي با تقويتكنندههايي مانند الياف شيشه، كربن يا الياف طبيعي، عملكرد بهتري نسبت به مواد يكپارچه از يك جنس ارائه ميدهند. بهويژه، كامپوزيتهاي پايه پليمري تقويتشده با الياف طبيعي به دليل دوستدار محيط زيست بودن، وزن كم و هزينه توليد پايين، جايگزين مناسبي براي انواع سازه هاي فلزي محسوب ميشوند. در مطالعات پيشين، بررسي شكست در كامپوزيتها، بيشتر بر روي نمونههاي مسطح و تقويتشده با الياف مصنوعي مانند كربن و شيشه متمركز بوده است. برخي تحقيقات به تأثير تعداد لايهها و نوع تقويتكننده بر چقرمگي شكست (K_Ic) و نرخ رهايش انرژي بحراني (G_Ic) پرداختهاند، اما در اغلب موارد، اثر هندسه نمونه، بهويژه قوسي بودن آن، بررسي نشده است. برخلاف مطالعات پيشين كه بيشتر بر نمونههاي تخت متمركز بودند، در اين پژوهش نمونه هاي قوسي شكل كامپوزيتي كنف-پلي¬پروپيلن طراحي و توليد گرديد و به اين منظور يك دستگاه كوچك مقياس توليد نمونه قوسي شكل با استفاده از روش پرس داغ ساخته شد. از پارچه هاي تاري-پودي پلي¬پروپيلن و كنف به عنوان بخش هاي زمينه و مسلح كننده استفاده گرديد. متغير هاي مستقل اين پژوهش عبارت بودند از: شعاع قوس(15 سانتي متر و 30 سانتي متر)، تعداد لايه هاي سازنده نمونه كامپوزيتي (سه لايه و پنج لايه) و درصد فضاي باز پارچه كنفي و نمونه هاي داراي آسيب پيش ترك و بدون آسيب پيش ترك. متغير هاي پاسخ نيز شامل نتايج حاصل از انجام آزمايش خمش سه نقطه اي (نيروي بيشنه، خيز تا شكست، مدول خمشي، چقرمگي شكست و نرخ رهايش انرزي بحراني) بودند. نتايج بهدستآمده نشان داد افزايش تعداد لايه منجر به افزايش 222 درصدي نيروي بيشينه، كاهش 44 درصدي خيز تا شكست و افزايش 54 درصدي مدول خمشي شده است. همچنين، افزايش ابعاد حفره باعث كاهش 56 درصدي نيروي بيشينه، افزايش 37 درصدي خيز تا شكست و افزايش 54 درصدي مدول خمشي شده است. از سوي ديگر، افزايش شعاع قوس منجر به افزايش 8 درصدي نيروي بيشينه، افزايش 7 درصدي خيز تا شكست و كاهش 31 درصدي مدول خمشي ميشود. افزايش تعداد لايه منجر به افزايش 90 درصدي چقرمگي شكست و 47 درصدي نرخ رهايش انرژي شده است، در حالي كه افزايش ابعاد مش باعث كاهش 15 درصدي چقرمگي شكست و 54 درصدي نرخ رهايش انرژي ميشود. همچنين، افزايش شعاع قوس منجر به كاهش 21 درصدي چقرمگي شكست و 18 درصدي نرخ رهايش انرژي شده است. بهمنظور تحليل دقيق رفتار شكست و سطح تخريب، براي همه ي نمونه ها آزمونهاي ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و طيفسنجي مادون قرمز تبديل فوريه (FTIR) بر روي نمونهها انجام شد. همچنين در اين پژوهش مطالعات مقدماتي ارزيابي اقتصادي اين ايده در مقايسه با يك روش متداول در توليد كامپوزيت ها (شيشه/ پلي استر توليد شده با روش انتقال رزين و استفاده از پمپ خلاء) انجام شد. نتيجه اين بررسي از مقرون به صرفه بودن اين روش در مقايسه با روش هايي كه خلل و فرج كمي در توليد مواد كامپوزيتي دارند حكايت دارد.
چكيده انگليسي
Composites, due to their unique properties such as high strength-to-weight ratio, corrosion resistance, design flexibility, and the potential for mechanical and thermal optimization, have found extensive applications in various industries including automotive, aerospace, construction, and sports equipment. By combining a polymeric, metallic, or ceramic matrix with reinforcements such as glass fibers, carbon fibers, or natural fibers, these materials offer superior performance compared to monolithic materials of a single composition. In particular, polymer-based composites reinforced with natural fibers are considered a suitable alternative to various metallic structures due to their environmental friendliness, low weight, and low production cost. In previous studies, fracture analysis in composites has predominantly focused on flat specimens reinforced with synthetic fibers such as carbon and glass. While some research has investigated the effects of the number of layers and the type of reinforcement on fracture toughness (K_Ic) and the critical energy release rate (G_Ic), the influence of specimen geometry—particularly curved geometries—has rarely been examined. Unlike earlier studies that focused mostly on flat specimens, in the present research, curved hemp–polypropylene composite samples were designed and fabricated, and for this purpose, a small-scale device for producing curved specimens using the hot-press method was constructed. Woven polypropylene and hemp fabrics were used as the matrix and reinforcement components. The independent variables of this study included the radius of curvature (15 cm and 30 cm), the number of composite layers (three layers and five layers), the open-area percentage of hemp fabric, and the presence or absence of pre-crack damage. The response variables consisted of the results obtained from three-point bending tests, including maximum force, deflection at failure, flexural modulus, fracture toughness, and critical energy release rate. The results indicated that increasing the number of layers led to a 222% increase in maximum force, a 44% decrease in deflection at failure, and a 54% increase in flexural modulus. Furthermore, increasing the mesh opening size resulted in a 56% reduction in maximum force, a 37% increase in deflection at failure, and a 54% increase in flexural modulus. In addition, increasing the radius of curvature caused an 8% increase in maximum force, a 7% increase in deflection at failure, and a 31% decrease in flexural modulus. Increasing the number of layers resulted in a 90% increase in fracture toughness and a 47% increase in energy release rate, whereas increasing the mesh size led to a 15% decrease in fracture toughness and a 54% decrease in energy release rate. Moreover, increasing the radius of curvature caused a 21% reduction in fracture toughness and an 18% reduction in energy release rate. To precisely analyze the fracture behavior and damage morphology, Scanning Electron Microscopy (SEM) and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) were performed on all samples. Additionally, preliminary economic evaluations of this technique were conducted in comparison with a conventional composite manufacturing method (glass/polyester produced by the resin transfer process using a vacuum pump). The results of this evaluation indicate the cost-effectiveness of this method compared to techniques that yield composite materials with low void content.
استاد راهنما
مهدي حجازي
استاد داور
حسين حسني , محمد شيخ زاده