فهرست مطالب

علوم و فناوری کامپوزیت - پیاپی 1 (پاییز 1393)

نشریه علوم و فناوری کامپوزیت
پیاپی 1 (پاییز 1393)

  • تاریخ انتشار: 1394/02/10
  • تعداد عناوین: 7
|
  • مجید صفرآبادی صفحات 3-12
    در این تحقیق به مطالعه تاثیر شرایط چسبندگی بین الیاف و رزین بر میدان تنش پسماند حرارتی در کامپوزیتهای پلیمری، پرداخته شده است. بدین منظور، یک کامپوزیت سه فاز شامل الیاف، رزین و فاز میانی در نظر گرفته شده است. در ابتدا، با استفاده از پیش بینی های تحلیلی موجود برای خصوصیات الاستیک فاز میانی و براساس معادلات مایکرومکانیک، خواص مکانیکی تک لایه ارتوتروپیک سه فاز حاصل شده است. با اعمال این خواص به حل دقیق موجود، ضرایب کالیبراسیون مربوط به روش سوراخکاری مرکزی برای چهار کامپوزیت تک جهته با جنس های متفاوت بدست آمده است. شبیه سازی روش سوراخکاری مرکزی در چندلایه های کامپوزیتی با در نظر گرفتن ضخامت های متفاوت فاز میانی، منجر به پیش بینی یک ماتریس ضرایب کالیبراسیون معادل برای چندلایه گردیده است. در نهایت با استفاده از نتایج آزمایشگاهی موجود برای کرنشهای پسماند، تنشهای پسماند حرارتی به ازای شرایط متفاوت چسبندگی محاسبه گردیده است. نتایج تحلیلی نشان می دهد که در کامپوزیت کربن اپوکسی، شرایط چسبندگی تاثیر مهمی بر تمامی ضرایب کالیبراسیون دارد؛ در حالیکه در کامپوزیتهای بوران-اپوکسی، شیشه-اپوکسی و کولار-اپوکسی تعداد قابل ملاحظه ای از این ضرایب، حساسیتی به این شرایط ندارند. در نتیجه، در چندلایه های کربن-اپوکسی دور شدن از شرایط چسبندگی کامل، منجر به کاهش قابل ملاحظه میدان تنش پسماند می گردد (حدود 30%)، در حالیکه این تغییرات در چندلایه های شیشه-اپوکسی کمتر است (حدود 11%)، عمده این کاهش در تنش پسماند زمانی اتفاق می افتد که ماده کامپوزیتی به صورت سه فاز در نظر گرفته می شود، حتی اگر فاز میانی بسیار نازک باشد.
    کلیدواژگان: تنش پسماند، فاز میانی، روش سوراخکاری مرکزی، ضرایب کالیبراسیون
  • مرتضی احمدی نجف آبادی، مجتبی صدیقی، منوچهر صالحی، حسین حسینی تودشکی صفحات 13-22
    اتصال چسبی یک روش جایگزین برای روش های سنتی مانند جوش کاری و پرچ کاری می باشد که دارای حیطه کاربردی وسیعی در صنایع الکترونیکی، خودرو و هوایی می باشد. طراحی این نوع اتصالات با قابلیت اطمینان مطلوب، نیازمند حصول دانش کامل از مقاومت اتصال در مقابل خرابی می باشد. در این مطالعه، به پایش شروع خرابی در فصل مشترک لایه از پیش آغشته کامپوزیتی شیشه/اپوکسی و آلومینیوم 3T 2024 با استفاده از آکوستیک امیشن پرداخته شده و در ادامه به آنالیز خرابی با استفاده از مدل سازی المان محدود با نرم افزار آباکوس پرداخته می شود. از مدل ناحیه چسبنده، برای مدل سازی رشد جدایش استفاده شده است. جهت تکرارپذیری بهتر نتایج نمونه های ساخته شده، از لایه از پیش آغشته کامپوزیتی استفاده شده و سطوح آلومینیوم جهت اتصال مطلوب آلومینیوم و کامپوزیت در حمام اسید کرومیک، آنودایز شده است. پایش لحظه شروع خرابی با استفاده از روش منحنی نیرو- جابجایی، روش پردازش سیگنال های آکوستیک امیشن و روش استفاده از تابع سنتری صورت گرفته است. با مشخص شدن لحظه شروع خرابی، نیرو بحرانی و به تبع آن چقرمگی شکست، محاسبه شده و مدل سازی بر اساس مقادیر چقرمگی شکست بدست آمده، صورت پذیرفته است. مقایسه نتایج مدل سازی نشان می دهد، نمودار نیرو - جابجایی بدست آمده با استفاده از روش تابع سنتری، مطابقت بهتری با نتایج تجربی دارد. در این پژوهش نشان داده شده است که با استفاده از روش آکوستیک امیشن پایش شروع خرابی در اتصالات آلومینیوم/کامپوزیت به صورت آنلاین و دقت بالاتری، نسبت به روش های دیگر امکان پذیر می باشد.
    کلیدواژگان: اتصال آلومینیوم کامپوزیت، آکوستیک امیشن، مدل ناحیه چسبنده
  • هادی خرمی شاد، میثم خدایی، محمدباقر توفیقی صفحات 23-33
    استفاده از مواد فلزی با جنس های متفاوت در سازه های فلزی چندلایه، امکان طراحی سازه هایی با رفتار مکانیکی مناسب را فراهم می آورد. بنابراین بررسی اثر تغییرات پارامترهای مادی لایه های فلزی به منظور بهینه سازی رفتار ضربه ای این سازه ها ضروری به نظر می رسد. در این مقاله با استفاده از یک مدل المان محدود، رفتار الاستوپلاستیک سازه های فلزی چندلایه تحت بارگذاری ضربه ای سرعت پائین، بصورت خروجی هایی شامل نیروی تماسی، جابجایی عرضی، انرژی کرنشی الاستیک و پلاستیک و همچنین انرژی جنبشی ضربه زننده ارزیابی شده است. آلومینیوم 6061 به عنوان ماده پایه ی لایه های فلزی انتخاب شده و مواد فرضی دیگری که تنها در میزان تنش تسلیم یا مدول الاستیسیته با ماده ی پایه متفاوتند، جهت اعمال تغییرات خواص مادی در نظر گرفته شده اند. چیدمان های مختلفی از فلز پایه و مواد فرضی انتخاب شده اند تا علاوه بر مشاهده ی اثر تغییر خواص مادی بر رفتار مکانیکی، موقعیت مکانی این تغییرات در لایه های مختلف نیز مقایسه گردد. نتایج مطالعات نشان می دهد که اثر خمش در لایه ی ابتدایی و انتهایی موجب حساسیت بیشتر رفتار سازه به تغییرات خواص این لایه ها نسبت به لایه ی میانی می شود. از سوی دیگر اثر تغییرشکل های موضعی در لایه ی ابتدایی، باعث شدت بیشتر تغییرات رفتار سازه در آن نسبت به لایه ی انتهایی می گردد. نتایج مدل سازی حاضر با نتایج آزمایشگاهی و عددی مقایسه شده و انطباق خوبی بین آنها مشاهده شد
    کلیدواژگان: سازه ی فلزی چندلایه، روش المان محدود، انرژی کرنشی، ضربه سرعت پایین
  • احمدرضا قاسمی، محمد مهدی محمدی صفحات 35-44
    چند لایه های فلز- کامپوزیت دسته جدیدی از کامپوزیت های هیبریدی هستند که از ترکیب لایه های فلزی و کامپوزیت ایجاد می شوند و به واسطه جدید بودن و ویژگی های برجسته آنها، پژوهش ها روی این کامپوزیت ها در حال توسعه است. یکی از زمینه های ناشناخته در چندلایه های فلز-کامپوزیت، اندازه گیری تنش های پسماند حرارتی به وجود آمده در فرآیند ساخت است. تنش های پسماند در این نوع از کامپوزیت ها به دلایل متفاوتی همچون خواص مکانیکی- حرارتی متفاوت کامپوزیت و فلز، چیدمان متفاوت لایه ها، سیکل پخت کامپوزیت و روش ساخت چندلایه کامپوزیتی، امری اجتناب ناپذیر است. اندازه گیری تنش های پسماند درچندلایه های هیبرید به روش سوراخکاری مرکزی به دلیل تغییر جنس در عمق سوراخ امکان پذیر نبوده و توسعه روش سوراخکاری مرحله ای برای تعیین تنش های پسماند در هر لایه لازم است. در این تحقیق با استفاده از روش اجزای محدود، ضرایب کالیبراسیون، برای ارتباط کرنش های رها شده و تنش های پسماند محبوس در هر لایه از چند لایه فلز- کامپوزیت محاسبه شده است. مقایسه نتایج این تحقیق با نتایج سایر محققین برای کامپوزیت لایه ای، صحت روش و محاسبات انجام شده را تائید می نماید. همچنین نتایج این تحقیق نشان می دهد به دلیل قرار گرفتن لایه های کامپوزیتی در ساختار چندلایه های فلز- کامپوزیت، ماتریس ضرایب کالیبراسیون مربوط به لایه های فلزی، از حالت متقارن خارج شده و برای لایه های فلزی نیز ماتریس ضرایب کالیبراسیون لازم است.
    کلیدواژگان: چند لایه های فلز، کامپوزیت، روش انتگرال، ضرایب کالیبراسیون، تنش پسماند، روش اجزا محدود
  • شهره علاء الدینی، محمئد زمان کبیر صفحات 45-52
    رفتار قاب های خمشی بتن مسلح به عنوان یکی از سیستم های سازه ای رایج در برابر بارهای جانبی ناشی از زلزله از اهمیت بالایی برخوردار می باشد. با توجه به مشکلات عدیده ای که سیستم ساخت و ساز در کشور داراست و کیفیت پایین ساختمان ها ناشی از عدم رعایت دقیق جزئیات اجرایی توسط مجریان اسکلت، کیفیت پایین مصالح مصرفی و وجود ساختمان های بسیاری که بدون توجه به ضوابط اصولی و بصورت معمارساز در کشور ساخته شده اند، لزوم انجام مطالعات در خصوص روش های بهسازی سازه های موجود را امری ضروری می نماید. در دهه های اخیر استفاده از کامپوزیت های پلیمری الیافی برای بهسازی و ترمیم سازه های بتن مسلح گسترش زیادی یافته است.
    هدف اصلی در این مقاله دستیابی به روندی برای بهسازی بهینه قاب درگاهی بتن مسلح با استفاده از الیاف پلیمری و بررسی رفتار پس از تقویت آن تحت بارهای سیکلی، از نقطه نظر مقاومت و شکل پذیری محلی و کلی سازه می باشد. برای این منظور رفتار قاب بتن مسلح پرتال به صورت یک مجموعه پیوسته متشکل از تیر، ستون و ناحیه اتصال بصورت آزمایشگاهی و عددی، تحت اثر توام بارهای ثقلی و جانبی، در دوحالت بهسازی نشده و بهسازی شده مورد بررسی قرار گرفت. تحلیل عددی با استفاده از دو نرم افزار LS-DYNA و Seismostruct صورت گرفت و با نمونه آزمایشگاهی مقایسه شد. لذا، به منظور دستیابی به طرح بهینه بهسازی، اثرات پارامتر آرایش ورق های تقویتی، محصوریت و تعداد لایه های مصرفی در رفتار لرزه ای قاب بهسازی شده بررسی گردید. برای این منظور حالات مختلف تقویت از نظر رفتار هیسترتیک، منحنی های بار- تغییرمکان، منحنی های ظرفیت استهلاک انرژی، مودهای خرابی و آرایش ترک ها مورد بررسی و مقایسه قرار گردید.
    کلیدواژگان: قاب بتنی، بارگذاری سیکلی، RPF، استهلاک انرژی، شکل پذیری
  • محتبی حقیقی یزدی، وحید فدایی نایینی صفحات 53-59
    در این مقاله، از دو مدل گیبسون تعمیم یافته و مونتانینی جهت پیش بینی رفتار تخریب تیر ساندویچی با هسته فوم آلومینیوم در دمای بالا، استفاده شده است. به این منظور، ابتدا دو مدل مذکور شامل خصوصیات هندسی و فیزیکی جهت بیان حالت تخریب تیر، در نظر گرفته شد. سپس نمودار نیروی تخریب تیر بر حسب مشخصات هندسی تیر و دما، با استفاده از دو مدل موجود استخراج شده و با داده های تجربی در دسترس مقایسه شدند. داده های نظری و تجربی، توافق خوبی با یکدیگر داشتند. در هر دو مدل، مشاهده می شود که نیروهای تخریب نظری، با افزایش ضخامت هسته و رویه افزایش یافته و با افزایش فاصله تکیه گاه ها کاهش می یابند. همچنین بر اساس نتایج هر دو مدل، بار حدی با افزایش دما کاهش می یابد. در مدل مونتانینی تغییر شکل نامتقارن تیر (با وجود تقارن هندسی و بارگذاری) درنظر قرار می گیرد و این در حالی است که در مدل گیبسون این موضوع دارای توجیه خاصی نیست. از طرفی در مدل مونتانینی در دماهای بالا، نیروی تجربی حد تخریب به نیروی تخریب پیش بینی شده در یکی از حالات تخریب (حالت IIB) نزدیکی بیشتری دارد و این در حالی است که در مدل گیبسون در دماهای بالا، نیروی تجربی در فاصله میانی دو حالت تخریب قرار گرفته و در برخی از محدوده های دمایی، صراحتا نمی توان در زمینه حالت تخریب اظهار نظر نمود. در عین حال یکی از نقاط ضعف مدل مونتانینی نسبت به مدل گیبسون، عدم پیش بینی حالت تخریب تسلیم رویه است.
    کلیدواژگان: تخریب، تیر ساندویچی، هسته، فوم
  • حمیدرضا اویسی، محمدرضا محمودآبادی، جمشید فضیلنی صفحات 61-74
    در این مقاله تئوری لایروایز صفحات ارائه شده توسط ردی، به منظور تحلیل نا پایداری دینامیکی پنل های استوانه ای کامپوزیتی چندلایه ضخیم با استفاده از روش نوار محدود، مورد استفاده قرار خواهد گرفت. ناپایداری پارامتری، یکی از انواع ناپایداری تحت اثر نیروهای دینامیکی است که در آن نیروهای داخل صفحه اعمالی به سازه دارای تغییرات هارمونیک یا متناوب با زمان هستند. با فرض میدان جابه جایی مبتنی بر تئوری لایروایز شامل ترم های مرتبه اول برشی، روابط کرنش-تغییرمکان خطی و خصوصیات ماده ارتوتروپیک الاستیک خطی، اصل کار مجازی به منظور تحلیل عددی مدل نوار محدود مورد استفاده قرار گرفته است. به منظور ارائه میدان جابه جایی فرضی برای تحلیل معادلات حاکم، از روش نوار محدود اسپلاین مرتبه 3 استفاده می شود. مقادیر فرکانس های طبیعی و بار بحرانی کمانش پنل های استوانه ای کامپوزیت، با استفاده از فرمولاسیون ارائه شده محاسبه و مرزهای ناپایداری دینامیکی، با استفاده از تقریب مرتبه اول بولوتین استخراج شده است. نتایج ارائه شده شامل بررسی تاثیرات تغییر در شرایط مرزی، نوع لایه چینی، نسبت طول به ضخامت و انحنای پنل بوده و تاثیر این تغییرات بر مرزهای فرکانس ناپایداری دینامیکی، مورد تحقیق و مقایسه قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: ناپایداری دینامیکی، پنل استوانه ای، لایروایز، نوار محدود اسپلاین، کامپوزیت چندلایه
|
  • Majid Safarabadi Pages 3-12
    In this research, the effects of bonding conditions between fiber and resin on thermal residual stress field of polymer composites have been studied. For this purpose, a three phase composite has been considered includes fiber, matrix as well as the interphase between them. First, by employing the available analytical predictions for elastic properties of the interphase and based on micromechanical equations, the mechanical properties of the three phase orthotropic layer is obtained. By applying these properties to the available exact solution, calibration factors of the central hole-drilling method for unidirectional composites with four different materials have been reached. Simulation of the central hole-drilling method in composite laminates considering various interphase thicknesses leads to prediction of an equivalent calibration factors matrix for the laminate. Finally, by using the available experimental data for residual strains, thermal residual stresses are calculated according to different bonding conditions. Analytical results show that for carbon/epoxy composite, bonding conditions affect all of the calibration factors importantly, while for boron/epoxy, glass/epoxy and aramid/epoxy composites some of these factors are not sensitive to these conditions. Thus, for carbon/epoxy laminates, getting away from perfect bonding conditions, gives rise to a noticeable decrease in residual stress field (about 903), while these variations are lower in glass/epoxy composite (about 113). Main of this reduction is occurred when the composite is considered as a three-phase material, even if the interphase is very narrow.
    Keywords: Residual Stress, interphase, Hole, Drilling Method, Calibration Factors
  • Morteza Ahmadi Najabadi, Mojtaba Sedighi, Manouchehr Salehi*, Hossin Hossini Toudeshky Pages 13-22
    Adhesive bonding is an alternative to traditional joining systems like riveting and welding which has been used extensively in electronic, automotive, and aerospace industries. Design of such reliable bonding, requires knowledge achievement of bonding fracture resistant. In this study interface failure initiation of Al-2221 and glass/epoxy prepreg has been investigated by using acoustic emission (AE) technique. Furthermore, failure analysis simulation is done by commercial FEA software ABAQUS. Simulation was implemented by cohesive zone model (CZM) by using cohesive surface technic. Prepreg was used to reduce variation in specimen production and in order to improve adhesion between Al-2221 and composite layers. Pretreatment by a chromic acid anodizing agent was performed on the surface of aluminium. Failure initiation was identified by monitoring of force-displacement curve, online processed AE signals and using sentry function analyzing method. Critical load and fracture toughness was then calculated to be used as simulation input. Simulation result indicates that force-displacement curve obtained by sentry function method is in better agreement with the experimental result. According to present study AE online monitoring method can detect aluminium/ composite bonding failure more accurately than the other methods.
    Keywords: Aluminium, composite bonding, Acoustic emission, cohesive zone model
  • Vahid Fadaei Naeini, Mojtaba Haghighi Yazdi* Pages 53-59
    In this paper, the two models of Modified Gibson and “Montanini” are used to predict failure behavior of sandwich beams with aluminum foam core at high temperatures. First, the geometrical and physical properties of the two models were considered to describe failure mode of the sandwich beam. Next, the failure load diagram of the beam in terms of beam geometrical properties as well as temperature was obtained using these two models and the results were compared with available experimental data. A good agreement was observed between theoretical results and experimental data. In both models, it can be seen that the theoretical failure loads are enhanced by increasing face and core thicknesses and are reduced by increasing span length. Moreover, according to the results of the two models, the failure loads decrease with temperature rise. In the “Montanini” model, the asymmetric deformation of the beam is considered (despite the geometrical and loading symmetry), while the Gibson’s model has no justification about it. Besides, in “Montanini” model at high temperatures, the amount of experimental failure load is closer to the load of one of the modes (mode IIB). However in Gibson’s model at high temperatures, the amount of experimental load is between failure load in two modes and the failure mode cannot be clearly specified in some temperature ranges. However, one of the drawbacks of the “Montanini” model as compared with Gibson’s model, is the lack of prediction of face yield failure mode.
    Keywords: Failure, Sandwich Beam, Core, Foam
  • Mohammad Reza Mahmoudabadi, Hamid Reza Ovesy*, Jamshid Fazilati Pages 61-74
    In this paper, layerwise plates theory presented by Reddy is used in order to analyze the dynamic instability of thick laminated composite cylindrical panels using the third order Bz-spline finite strip method. Parametric instability is a kind of instability under dynamic in-plane forces that change harmonically. The displacement field based on first-order shear deformation assumptions is incorporated into the layerwise theory. The principles of virtual work in conjunction with linear elastic properties of the orthotropic material are implemented to develop the governing equations. The natural frequencies and the critical buckling loads of cylindrical composite panels are calculated and the boundaries of the dynamic instability are extracted by using Bolotin first order approximation. The presented results include the effects of changes in boundary conditions, lay-up sequence, the length to thickness ratio and the curvature of the panel on the boundaries of dynamic instability frequency.
    Keywords: Dynamic instability, cylindrical panel, Layerwise, spline finite strip, laminated composite