%34تخفیف

تحلیل آسیب پیشرو در اتصالات پینی مواد کامپوزیتی

تعداد 130صفحه  درword

کارشناسی ارشد در رشته مهندسی مکانیک (طراحی کاربردی):

 

تحلیل آسیب پیشرو در اتصالات پینی مواد کامپوزیتی

هدف از انجام این تحقیق، تحلیل آسیب پیشرو در اتصال پینی مواد کامپوزیتی می باشد. برای انجام این کار از نرم افزارهای المان محدود ABAQUS  و برنامه نویسی FORTRAN استفاده شده است. تماس بین صفحه کامپوزیتی با لایه چینی متقارن و پین الاستیک در نظر گرفته شده است. در ابتدا توزیع تنش در هر یک از لایه های صفحه کامپوزیتی مورد بررسی قرار گرفته است و سپس به بررسی و رشد مدهای مختلف شکست شامل مدهای شکست فشاری و کششی ماتریس، الیاف، ورقه شدگی و مد شکست برشی الیاف-ماتریس، پرداخته شده است. پس از آن با توجه به زویای الیاف از طریق فرمولاسیونی، ضریب اصطکاک موثر در هر یک از مسیرهای لغزش پین و صفحه ( Z،θ) محاسبه گردیده است و در نهایت اثر وجود اصطکاک بر بار و مسیر شکست در هر یک از حالت های بدون اصطکاک، وجود اصطکاک در راستای Z، وجود اصطکاک در راستای θ و وجود اصطکاک در راستای θ و Z مورد بررسی قرار گرفته است. بیشترین اثر اصطکاک در حالت وجود اصطکاک در راستای Z، مربوط به مد کششی ورقه شدگی و در حالت وجود اصطکاک در راستای θ، مربوط به مد شکست الیاف می باشد که به ترتیب میزان بار شکست را 12% و 32%  نسبت به حالت بدون اصطکاک افزایش یافته است.

فهرست مطالب

عنوان…………………………………………………………………………………………………………صفحه

فصل اول: مقدمه. 1

1-1- پیشینه تحقیق.. 2

1-2-هدف از انجام تحقيق، ضرورت و کاربردها.. 5

1-3-نحوه‌ي انجام کار.. 6

فصل دوم: تئوری مواد مرکب و معیارهای شکست   10

2-1-مقدمه.. 11

2-2-روابط تنش- کرنش یک صفحه ارتوتروپیک.. 11

2-3-تغییرات تنش و کرنش در طول ضخامت.. 15

2-4-برایند نیرو و ممان در لایه.. 18

2-5-اتصالات در مواد مركب.. 21

2-5-1-اتصالات چسبی.. 22

2-5-2- اتصالات مکانیکی.. 23

2-6-تئوری شکست مواد مرکب.. 23

2-6-1-معیارهای شکست بدون در نظر گرفتن مدهای شکست.. 24

2-6-2-معیارهای شکست با در نظر گرفتن مدهای شکست.. 27

2-7- قوانین کاهش خواص مواد.. 30

2-8-بررسي اصطكاك در محل تماس.. 31

2-8-1-فرمولاسيون.. 32

فصل سوم: مدلسازی و تحلیل توزیع تنش   39

عنوان…………………………………………………………...……………………………………………صفحه

3-1- مقدمه.. 40

3-2- تعریف مسئله.. 40

3-3- مدل المان محدود سه بعدي.. 42

3-4- بررسی میدان تنش.. 43

3-4-1- بررسی توزیع تنش شعاعیσrr 44

3-4-2- بررسی توزیع تنش مماسی σθθ 48

3-4-3-بررسی توزیع تنش نرمال σzz 51

3-4-4- بررسی توزیع تنش برشی.. 54

3-5- بررسی جابجایی.. 60

3-5-1- جابجایی شعاعی.. 60

3-5-2-جابجایی مماسی.. 63

فصل چهارم: بررسی مدهای شکست و اثر اصطکاک بر آن   65

4-1-مقدمه.. 66

4-2-بررسی مدهای مختلف شکست در حالت بدون اصطکاک.. 68

4-3-بررسی مدهای مختلف شکست در حالت 1/0 µZ=  ,0  µθ =. 76

4-3- بررسی مدهای مختلف شکست در حالت 2461/0 = µZ , 0µθ =. 82

4-4- بررسی مدهای مختلف شکست در حالت 3/0 z = µ  ,0µθ =. 88

4-5-بررسی مدهای مختلف شکست در حالت 0z = µ , 2461/0µθ =. 96

4-6-بررسی مدهای مختلف شکست در حالت 2461/0 z = µ , 2461/0µθ =   104

4-7- جمع بندی.. 112

مراجع.. 116

فهرست اشکال

 

عنوان……………………………………………………………………….. ………………………………صفحه

شکل1-1- شماتیکی از یک اتصال تک لبه. 8

شکل1-2- فلوچارتی از مدل آسیب پیشرو. 9

شکل 2-1- چندلایه متشکل از چندین لایه با زوایای الیاف متفاوت]12[ 13

شکل 2-2- یک لایه تقویت شده با الیاف در سیستم های مختصات کلی و ماده (اصلی)]12[ 14

شکل 2-3- حالت اولیه و تغییر شکل یافته لبه یک صفحه  تجت فرض کیرشهف]12[ 16

شکل 2-4- نیرو و ممان های درون صفحه ای لایه]12[ 18

شکل 2-5- هندسه ی یک صفحه ی N لایه ای]12[ 19

شکل 2-6- نمونه ای از اتصالات چسبی]22[ 22

شکل 2-7- نمونه ای از اتصالات پیچی]22[ 23

شکل 2-8- نمونه ای از شکست مربوط به اتصالات]22[ 24

شکل 2-9- صفحات شکست بر اساس معیار هشین. 28

شكل2-10-اتصال و لغزش شماتیک ورق و پين]8[ 32

شكل 2-11- کاربرد سوپرپوزیشن در یک اتصال پینی همراه با اصطکاک   35

شکل3-1- شماتیکی از هندسه  اتصال صفحه کامپوزبتی با پین. 40

شکل3-2-  مش و شرایط مرزی در نظر گرفته شده جهت اتصال. 42

شكل3-3- مختصات در نظر گرقته شده اطراف سوراخ. 43

شکل 3-4- كانتورهاي تنش هاي شعاعي الف(لايه ˚0 ،  ب) لايه ˚45 ، ج ) لايه ˚90 ، د ) لايه ˚45-. 44

شکل 3-5- بررسی تنش‌هاي شعاعي در هر یک از لایه ها. 45

عنوان………………………………………………………………………………..…….…………………..صفحه

شكل3-6- مقايسه تنش‌هاي شعاعي در تمامي لايه‌ها. 46

شكل3-7- كانتور تنش هاي شعاعي نسبت به صفحه لهيدگي در اطراف سوراخ   47

شكل3-8- كانتورهاي تنشهاي شعاعي نسبت صفحه مياني در اطراف سوراخ   47

شكل3-9- كانتورهاي تنش هاي مماسی  الف(لايه ˚0 ،  ب) لايه ˚45 ، ج ) لايه ˚90 ، د ) لايه ˚45-. 48

شکل3-10- بررسی تنش‌هاي مماسی در هر یک از لایه ها. 49

شكل3-11- مقايسه تنش‌هاي مماسی در تمامي لايه‌ها. 50

شكل3-12- كانتورهاي تنش هاي نرمال  الف(لايه ˚0 ،  ب) لايه ˚45 ، ج ) لايه ˚90 ، د ) لايه ˚45-. 51

شكل3-13-كانتورهاي تنش‌هاي نرمال در راستای ضخامت. 52

شکل 3-14- بررسی تنش‌هاي نرمال در هر یک از لایه ها. 53

شكل 3-15- مقايسه تنش‌هاي نرمال در تمامي لايه‌ها. 53

شكل3-16-كانتورهاي تنش هاي برشی σ  الف(لايه ˚0 ،  ب) لايه ˚45 ، ج ) لايه ˚90 ، د ) لايه ˚45-. 54

شکل 3-17- بررسی تنش‌هاي برشی σ در هر یک از لایه ها. 55

شكل 3-18- مقايسه تنش‌هاي برشی  σدر تمامي لايه‌ها. 55

شکل 3-19- بررسی تنش‌هاي برشی σrz در هر یک از لایه ها. 56

شكل3-20- مقايسه تنش‌هاي برشی σrz در تمامي لايه‌ها. 57

شکل 3-21- بررسی تنش‌هاي برشی σrz در هر یک از لایه ها. 58

شكل 3-22- مقايسه تنش‌هاي برشی  σθz در تمامي لايه‌ها. 59

شکل3-23- شماتیکی از کانتور جابجایی. 60

شکل3-24- بررسی جابجایی شعاعی در هر یک از لایه ها. 61

شكل3-25- مقايسه جابجایی شعاعی در تمامي لايه‌ها. 62

شکل3-26- بررسی جابجایی مماسی در هر یک از لایه ها. 63

شكل3-27 مقايسه جابجایی مماسی در تمامي لايه‌ها. 64

عنوان………………………………………………………………………………..…….…………………..صفحه

شکل1-4- فلوچارتی از مدل آسیب پیشرو. 67

شکل4-2- مد شکست کششی ماتریس به ازای بار (KN)  95/4. 68

شکل4-3- مدهای شکست رخ داده به ازای بار (KN)  28/5  الف ) مد شکست برشی الیاف – ماتریس ب) مد شکست فشاری ماتریس ج) رشد مد شکست کششی ماتریس   69

شکل4-4 مدهای شکست رخ داده به ازای بار(KN)  61/5  الف ) مد شکست کششی ورقه شدگی  ب)  مد شکست فشاری ورقه شدگی  ج )رشد مد شکست برشی الیاف – ماتریس د)رشد مد شکست فشاری ماتریس  ه) رشد مد شکست کششی ماتریس. 70

شکل4-5- مدهای شکست رخ داده به ازای بار(KN)  94/5 الف ) مد شکست فشاری ورقه شدگی  ب)  مد شکست کششس ورقه شدگی  ج ) مد شکست برشی الیاف – ماتریس د) مد شکست فشاری ماتریس  ه) رشد مد شکست کششی ماتریس. 71

شکل 4-6-مدهای شکست رخ داده به ازای بار(KN)  27/6  الف ) مد شکست فشاری الیاف  ب ) مد شکست کششی الیاف    ج ) مد شکست فشاری  ورقه شدگی  د)  مد شکست کششی ورقه شدگی ه ) مد شکست برشی الیاف – ماتریس و) مد شکست فشاری ماتریس  ز) رشد مد شکست کششی ماتریس. 72

شکل 4-7 مد شکست فشاری ورقه شدگی به ازای بار(KN)  27/6    الف) بین لایه اول و دوم  ب) بین لایه دوم و سوم   ج) بین لایه  سوم و چهارم  د) بین لایه چهارم و پنجم. 73

شکل4-8- مد شکست فشاری ورقه شدگی به ازای بار(KN)  27/6    الف) بین لایه اول و دوم  ب) بین لایه دوم و سوم   ج) بین لایه  سوم و چهارم  د) بین لایه چهارم و پنجم. 74

شکل4-9- نمودار بار- جابجایی برای هر یک از لایه ها به ازای بار(KN) 27/6  75

شکل4-10- مدهای شکست رخ داده به ازای بار(KN)  5  الف ) مد شکست فشاری ماتریس  ب ) مد شکست کششی ماتریس. 76

شکل4-11- مدهای شکست رخ داده به ازای بار(KN)  34/5  الف ) مد شکست فشاری ورقه شدگی  ب ) مد شکست کششی برشی الیاف- ماتریس     ج ) مد شکست فشاری ماتریس  د )  مد شکست کششی ماتریس. 77

شکل4-12- مدهای شکست رخ داده به ازای بار(KN)  32/6  الف ) مد شکست فشاری الیاف  ب ) مد شکست کششی الیاف     ج)  مد شکست کششی ورقه شدگی  د ) مد شکست فشاری  ورقه شدگی  ه ) مد شکست برشی الیاف – ماتریس   و) مد شکست فشاری ماتریس  ز) مد شکست کششی ماتریس. 78

عنوان………………………………………………………………………………..…….…………………..صفحه

شکل4-13- مد شکست فشاری ورقه شدگی به ازای بار(KN)  32/6    الف) بین لایه اول و دوم  ب) بین لایه دوم و سوم   ج) بین لایه  سوم و چهارم  د) بین لایه چهارم و پنجم. 79

شکل4-14- مد شکست کششی ورقه شدگی به ازای بار(KN)  32/6    الف) بین لایه اول و دوم  ب) بین لایه دوم و سوم         ج) بین لایه  سوم و چهارم  د) بین لایه چهارم و پنجم. 81

شکل4-15 نمودار بار- جابجایی برای هر یک از لایه ها به ازای بار(KN) 32/6  81

شکل4-16- مدهای شکست رخ داده به ازای بار(KN)  5  الف ) مد شکست فشاری ماتریس  ب ) مد شکست کششی ماتریس. 83

شکل4-18 مدهای شکست رخ داده به ازای بار(KN)  33/6 الف) مد شکست فشاری الیاف  ب) مد شکست کششی الیاف   ج ) مد شکست کششی ورقه شدگی در لایه دوم (450)  د ) رشد مد شکست فشاری ورقه شدگی  ه ) رشد مد شکست برشی الیاف-ماتریس  و)  رشد مد شکست فشاری ماتریس  ز) رشد مد شکست کششی ماتریس. 84

شکل4-19- مد شکست فشاری ورقه شدگی به ازای بار(KN)  33/6    الف) بین لایه اول و دوم  ب) بین لایه دوم و سوم   ج) بین لایه  سوم و چهارم  د) بین لایه چهارم و پنجم. 85

شکل 4-20- مد شکست کششی ورقه شدگی به ازای بار(KN)  33/6   الف) بین لایه اول و دوم  ب) بین لایه دوم و سوم   ج) بین لایه  سوم و چهارم  د) بین لایه چهارم و پنجم. 86

شکل4-21- نمودار بار- جابجایی برای هر یک از لایه ها به ازای بار(KN) 33/6  87

شکل 4-22- مد شکست در باری برابر با (kN) 5  الف) مد شکست فشاری ماتریس  ب) مد شکست کششی ماتریس. 88

شکل 4-23- مد شکست در باری برابر با (kN) 34/5 الف) مد شکست فشاری ورقه شدگی  ب) مد شکست برشی الیاف- ماتریس  ج ) رشد مد شکست فشاری ماتریس  د )  رشد مد شکست کششی ماتریس. 89

شکل 4-24- مد شکست در باری برابر با (kN) 67/5  الف) مد شکست فشاری ورقه شدگی  ب) مد شکست برشی الیاف- ماتریس  ج ) رشد مد شکست فشاری ماتریس  د )  رشد مد شکست کششی ماتریس. 90

شکل 4-25- مد شکست در باری برابر با (kN) 6  الف) مد شکست فشاری ورقه شدگی  ب) مد شکست برشی الیاف- ماتریس   ج ) رشد مد شکست فشاری ماتریس  د )  رشد مد شکست کششی ماتریس. 91

عنوان…………………………………………………………………………………………………………صفحه

شکل 4-26- مد شکست در باری برابر با (kN) 33/6  الف) مد شکست فشاری الیاف    ب)  مد شکست کششی الیاف    ج) مد شکست کششی ورقه شدگی در لایه دوم      د) مد شکست فشاری ورقه شدگی    ه) مد شکست برشی الیاف- ماتریس    و ) رشد مد شکست فشاری ماتریس    ز )  رشد مد شکست کششی ماتریس. 92

شکل4-27- مد شکست فشاری ورقه شدگی به ازای بار(KN)  33/6     الف) بین لایه اول و دوم  ب) بین لایه دوم و سوم   ج) بین لایه  سوم و چهارم  د) بین لایه چهارم و پنجم. 93

شکل 4-28- مد شکست کششی ورقه شدگی به ازای بار(KN)  33/6    الف) بین لایه اول و دوم  ب) بین لایه دوم و سوم   ج) بین لایه  سوم و چهارم  د) بین لایه چهارم و پنجم. 94

شکل4-29- نمودار بار- جابجایی برای هر یک از لایه ها به ازای بار(KN) 3/6  95

شکل4-30- اولین مد شکست (مد کششی ماتریس) رخ داده به ازای بار (KN) 33/5  96

شکل4-31- مدهای شکست رخ داده به ازای بار(KN)  55/6  الف ) مد شکست فشاری ورقه شدگی  ب ) مد شکست کششی ورقه شدگی  ج)  مد شکست فشاری ماتریس  د) رشد مد شکست کششی ماتریس. 97

شکل4-32- مدهای شکست رخ داده به ازای بار(KN)  95/6  الف) مد شکست برشی الیاف- ماتریس  ب) رشد مد شکست فشاری ورقه شدگی  ج ) رشد مد شکست کششی ورقه شدگی د ) رشد مد شکست فشاری ماتریس  ه ) رشد مد شکست کششی ماتریس. 98

شکل 4-33- مدهای شکست رخ داده به ازای بار(KN)  3/8    الف) مد شکست فشاری الیاف  ب) مد شکست کششی الیاف   ج) رشد مد شکست برشی الیاف- ماتریس  د) رشد مد شکست فشاری ورقه شدگی  ه ) رشد مد شکست کششی ورقه شدگی  و) رشد مد شکست فشاری ماتریس  ز ) رشد مد شکست کششی ماتریس. 100

شکل4-34- مد شکست فشاری ورقه شدگی به ازای بار(KN)  3/8   الف) بین لایه اول و دوم  ب) بین لایه دوم و سوم   ج) بین لایه  سوم و چهارم د) بین لایه چهارم و پنجم. 101

شکل 4-35- مد شکست کششی ورقه شدگی به ازای بار(KN)  3/8    الف) بین لایه اول و دوم  ب) بین لایه دوم و سوم   ج) بین لایه  سوم و چهارم  د) بین لایه چهارم و پنجم. 102

شکل4-36- نمودار بار- جابجایی برای هر یک از لایه ها به ازای بار(KN) 3/8  103

شکل4-37- اولین مد شکست (مد کششی ماتریس) رخ داده به ازای بار (KN) 3/5  104

شکل4-38- مدهای شکست رخ داده به ازای بار(KN)  6/6  الف ) مد شکست فشاری ورقه شدگی  ب ) مد شکست کششی ورقه شدگی  ج)  مد شکست فشاری ماتریس  د) رشد مد شکست کششی ماتریس. 105

عنوان…………………………………………………………………………………………………………صفحه

شکل4-39- مدهای شکست رخ داده به ازای بار(KN)  03/7  الف) مد شکست برشی الیاف- ماتریس  ب) رشد مد شکست فشاری ورقه شدگی  ج ) رشد مد شکست کششی ورقه شدگی د ) رشد مد شکست فشاری ماتریس  ه ) رشد مد شکست کششی ماتریس. 106

شکل4-40- مدهای شکست رخ داده به ازای بار(KN)  7/8    الف) مد شکست فشاری الیاف  ب) مد شکست کششی الیاف       ج) رشد مد شکست برشی الیاف- ماتریس    د) رشد مد شکست فشاری ورقه شدگی   ه ) رشد مد شکست کششی ورقه شدگی  و) رشد مد شکست فشاری ماتریس  ز ) رشد مد شکست کششی ماتریس. 108

شکل 4-41- مد شکست فشاری ورقه شدگی به ازای بار(KN)  7/8   الف) بین لایه اول و دوم  ب) بین لایه دوم و سوم   ج) بین لایه  سوم و چهارم  د) بین لایه چهارم و پنجم. 109

شکل4-42- مد شکست کششی ورقه شدگی به ازای بار(KN)  7/8    الف) بین لایه اول و دوم  ب) بین لایه دوم و سوم   ج) بین لایه  سوم و چهارم  د) بین لایه چهارم و پنجم. 110

شکل4-43- نمودار بار- جابجایی برای هر یک از لایه ها به ازای بار(KN) 7/8  111

 فهرست جداول

 

عنوان…………………………………………………………………………………………………………صفحه

جدول 2-1- معیارهای چند جمله ای  شکست. 26

جدول 3-1- ابعاد در نظر گرفته شده جهت مدل بر حسب mm ]8[ 41

جدول3-2- خواص مکانیکی مربوط به صفحه کامپوزیتی از جنس HTA/6376 ]29[ 41

جدول3-3- مقاومت نهایی مربوط به صفحه کامپوزیتی از جنس HTA/6376 بر حسب(MPa) ]29[ 41

جدول 3-4- خواص مکانیکی مربوط به پین از جنس فولاد sk-5 steel 41

جدول 4-1- بار شکست مدهای مختلف در حالت های متفاوت اصطکاک   112

نقد و بررسی‌ها

هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.

اولین کسی باشید که دیدگاهی می نویسد “تحلیل آسیب پیشرو در اتصالات پینی مواد کامپوزیتی”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

قبلا حساب کاربری ایجاد کرده اید؟
گذرواژه خود را فراموش کرده اید؟
Loading...
enemad-logo