وبلاگ

۰

۰

۰

۰

۳۱۵۰

۳۱۸۰

۰

۰

۳۱۲۳

۳۱۲۳

فصل چهارم
شکست چندلایه‎های کامپوزیتی
۴-۱- مقدمه
چندلایه‎های کامپوزیتی، قبل از شکست نهایی، دچار شکست‎های موضعی می‎شوند. این شکست‎ها با گذشت زمان یا افزایش بار انباشته شده و به شکست نهایی می انجامند. مطالعه آغاز آسیب و چگونگی انباشتگی آن را مکانیک آسیب نامند که در این فصل فقط به قسمت ابتدایی آن، یعنی تئوری‎های وقوع شکست که همان شروع آسیب است اشاره می‎شود. هرچند که هیچ تئوری یکتا و یکسانی برای بارگذاری های مختلف و پیش بینی شکست در مقیاس های مختلف برای مواد کامپوزیتی مختلف وجود ندارد، اما سعی می‎شود مبتنی بر مشاهدات تجربی و یافته‎‎های تئوری، در تحلیل هر مود بارگذاری و برای هر ماده کامپوزیتی، بهترین و نزدیک به واقع‎ترین تئوری انتخاب شود]۱۶[.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

۴-۲- مودهای مختلف شکست در یک لایه کامپوزیتی
برخلاف فلزات که قبل از شکست، تغییر فرم پلاستیک را تجربه می‎کنند و آسیب وارده به آنها را می‎توان توسط روشهایی همچون بازپخت^[۹۸] مرتفع کرد، کامپوزیت‎های ماتریس پلیمری بعد از تغییر فرم الاستیک دچار آسیب‎های بازگشت ناپذیر شده و سرانجام می‎شکنند]۱۶[.
شکست کامپوزیت‎ها در مقیاس میکرو تحت مکانیزم‎های مختلفی صورت می‎پذیرد. نوع این مکانیزم‎ها و ترتیب و توالی آنها در قطعات مختلف، رابطه مستقیمی با نوع بارگذاری و ویژگیهای اجزای تشکیل‎دهنده آن قطعه دارد]۲۶[. مکانیزم‎های شکست میکرو عبارتند از: شکست کششی فایبر، شکست فشاری فایبر (که متاثر از رفتار برشی رزین و عیوب داخلی مثل ناهمراستایی‎های فایبر و حفره‎ها است و بسته به نوع ماده، مودها و مصادیق مختلفی داشته باشد مثل: ریزکمانش^[۹۹]، کمانش^[۱۰۰] و زوال فشاری عادی ناشی از استحکام پایین فایبر که بیشتر برای آرامیدها مطرح است و برای کربن، شیشه و یا برن موضوعیت ندارد)، شکست فشاری و کششی ماتریس ناشی از شبکه‎هایی از شکاف‎ها و ترک‎های کوچک، جدایش فایبر و ماتریس از همدیگر و آزادسازی تنش، خروج فایبر از لامینا، ترک های شعاعی و دونیم شدگی فایبر. این مکانیزم‎های میکرو در صورت رشد و در مقیاس بالاتر، می‎توانند منجر به شکست لامینا بفرم ترکهای عرضی در صفحات موازی فایبر، شکست فایبری در صفحاتی عمود بر فایبرها و جدایش بین لایه‎های لامینیت شوند. از آنجا که بیشترین بار را فایبرها تحمل میکنند، شکست‎های فایبری از معمول ترین شکست‎ هاست. وقتی فایبرها شکستند و متعاقبا جدایش فایبر و ماتریس هم اتفاق افتاد مکانیزم بعدی یعنی خروج فایبرها از لامینا اتفاق می‎افتد. اما قبل از جدایش ماتریس، ماتریس همچون پلی نقش انتقال دهنده نیرو بین رشته های شکسته فایبر را برعهده دارد^[۱۰۱]؛ لذاست که شکست فایبر بلافاصله منجر به خروج نهایی نمی‎شود اما دارای تاثیرات مخربی است که جذب رطوبت را آسان می‎کند و می‎تواند به سطح بین لایه‎ها برسد و موجب لایه لایه شدن آنها شود]۱۶[.
شکل ۴-۱- مودهای مختلف شکست در مقیاس میکرو (فایبر و ماتریس)]۱۶[
جدایش بین لایه‎های مجاور در چندلایه‎های کامپوزیتی که پتانسیل زیادی برای لایه‎لایه شدن دارند یکی دیگر از گونه‎های مهم شکست در این چندلایه‎ها است که بخاطر فقدان المان‎های تقویت‎کننده در راستای ضخامت رخ می‎دهد. جدایش که از بارگذاری‎هایی همچون ضربه یا از عیوبی که حین ساخت بوجود می‎آیند ناشی می‎شود می‎تواند کاهش قابل توجهی در توانایی تحمل بار فشاری و سختی خمشی سازه بوجود آورد. اگر بارگذاری‎ها بصورت تکرارشونده اعمال شوند سایز جدایش به اندازه بحرانی رسیده و بصورت ناپایدار رشد می‎کند تا لامینیت استحکام فشاری و خمشی خود را بشدت از دست بدهد]۱۰[.
۴-۳- تئوری‎های مختلف شکست در یک لایه‎ کامپوزیتی
موارد متعددی از تئوریهای زوال وجود دارد که به بررسی زوال یک لامینای مرکب می‎پردازند. البته این تئوری‎ها فقط به نواحی دور از ناپیوستگی‎هایی نظیر سوراخ، ترک یا لبه لامینا قابل اعمال اند. مجموعه این معیارها را می‎توان به دو دسته کلی تقسیم کرد. معیارهای که مبتنی بر اصل پدیده شکست بعنوان یک رخداد هستند و معیارهایی که چگونگی مودهای مختلف شکست را دنبال می‎کنند ]۱۶[.
۴-۳-۱-معیارهای مبتنی بر پدیده شکست^[۱۰۲]:
این دسته صرفا پدیده شکست را فارغ از نوع آن، مورد توجه قرار می‎دهد و تاثیر و تاثر متقابل تنش/کرنش های متفاوت اعمالی بر لامینا را باهم و یکجا در نظر می‎گیرد^[۱۰۳]. لذا در اینجا سخن از تئوری‎هایی است که در یک عبارت چندجمله‎ای یا تانسوری شامل تنش‎های مختلف، تاثیر همه آنها را بی‎توجه به اینکه هرکدام در ایجاد و رشد کدام مود شکست دخالت دارند، توأمان لحاظ می‎کنند و از عبارات ریاضی بفرم کلی رابطه (۴-۱) بعنوان تابعی از استحکام ماده جهت توصیف سطح شکست بهره می‎گیرند.

(۴-۱)
این عبارات که از برازش منحنی به دیتاهای تجربی حاصل شده‎اند، بطور جداگانه در هر لایه چک می‎شوند تا وقوع شکست در آن لایه تخمین زده شود]۹[.
البته هرچند بیان اختصاصی تر عبارت فوق برای شکست مواد غیرایزوتروپیک توسط گلدنبلات و کوپنوف بصورت زیر ارائه شد ]۲۶[:
(۴-۲)

اما شکل بیشتر معیارهای رابطه فوق، به فرم چندجمله‎ای‎های درجه دو^[۱۰۴] و به یکی از دو صورت ذکرشده در جدول ۴-۱ می‎باشند.
جدول ۴-۱- دو فرم عمده و معمول معیارهای شامل ترم‎های تنش تا مرتبه دوم و مثالهایی از هرکدام ]۱۷[

Theory

Criterion