Filenaab@gmail.com
filenaab.ir
%41تخفیف

تحلیل تجربی و عددی توزیع تنش و کرنش  در کامپوزیت و نانوکامپوزیت­های لایه­ای هیبریدی تحت بار ضربه­ای

تعداد68صفحه  درword

كارشناسي ارشد مهندسي مکانیک- طراحی کاربردی

 

تحلیل تجربی و عددی توزیع تنش و کرنش  در کامپوزیت و نانوکامپوزیت­های لایه­ای هیبریدی تحت بار ضربه­ای

چكيده

در این تحقیق،تأثیر افزودن نانوذرات سیلیکا بر توزیع تنش و کرنشنانوکامپوزیت­های لایه­ای هیبریدی تحت بار شبه استاتیک و ضربه­ای مورد بررسیقرارگرفته است.

همچنین، میزان جذب انرژی و مساحت خرابی در هر دو آزمون نفوذ شبه استاتیک و ضربه بالستیک،  سرعت حد بالستیک و تأثیر نانوذرات بر موارد ذکر شده در آزمایش ضربه مورد بررسی قرار گرفت.

نانو مواد مرکب با زمینه اپوکسی و با 12 لایه الیاف شیشهبافته‌شده، با کسر حجمی الیاف 40 درصد و به روش لایه چینی دستی تولید شده است. نانورزین اپوکسی انتخاب شده از دو بخش، یک دیکلیسیدیل‌اتر بیسفنول نوع آ (DGEBA) با نام تجاری ایپون 828 به‌عنوان پایه اپوکسی و یک پلی‌اکسیپروپیلن دیامین با نام تجاری جف‌امین‌دی 400 به‌عنوان سخت‌کننده، تشکیل شده است. نمونه­هادر چهار درصد وزنی مختلف صفر، 5/0، 1 و 3 درصد نانوسیلیکا ساخته شدند. در آزمون نفوذ شبه استاتیک با نصب کرنش­سنج­هایی در فواصل شعاعی از محل نفوذ توزیع کرنش به دست آمد.

نتایج حاصل از آزمون‌های نفوذ شبه استاتیک نشان داد که توزیع تنش و کرنش در فواصل شعاعی از محل نفوذ، برخلاف نتایج به دست آمده از نتایج برخی پژوهشگران (که این توزیع کرنش و تنش را خطی درنظر گرفته بودند) تابعی درجه سه برحسب فاصله از محل نفوذ است. همچنین، انرژی جذب شده در 5/0 درصد وزنی نانوسیلیکا بیشترین مقدار خود را داشته (0745/13 ژول) که حدود 1 درصد از انرژی جذب شده توسط کامپوزیت خالص بیشتر است. این مقدار در آزمون ضربه بالستیک به 6/18 درصد می­رسد. درنتیجه نانوذرات در نفوذ سرعت‌بالا،تأثیر بیشتری در جذب انرژی نسبت به نفوذ شبه استاتیک دارند. همچنیندر 5/0 درصد وزنی نانوسیلیکا، سطح خرابی در آزمون ضربه­ی بالستیک به میزان 5/47 درصد کاهش پیدا می­کند.

الگوهاي تغییر شکل و مکانیزم­هاي جذب انرژي بر مبناي مشاهداتصورت گرفته از آزمایش­هاي بالستیک شامل: لایه شدگی، حرکت دینامیکی هدف، خمش، تغییر فرم سازه، شکست کششی کامپوزیت، شکل گیري پلاگ در رویه جلویی و تشکیل پتال در رویه پشتیمی‌باشد. با این تفاسیر، با افزودن 5/0 درصد وزنی نانوسیلیکا، حدبالستیک هدف به میزان 8 درصد افزایش می­یابد که خود نشان دهنده تأثیر نانوذرات در این درصد وزنی بر جذب انرژی می­باشند.

با توجه به عدم امکان اندازه­گیری کرنش در روش آزمایشگاهی در آزمون ضربه بالستیک، از روش عددی استفاده شده است. بدین صورت که با محاسبه و اندازه­گیری دو کمیت قابل اندازه­گیری در آزمون ضربه (سرعت حد بالستیک و مساحت خرابی) و صحت­سنجی آن­ها با روش عددی، توزیع کرنش و تنش توسط روش عددی بدست خواهد آمد. در قسمت عددي،فرایند نفوذ توسط کد اجزاء محدودمورد تحلیلقرارگرفته است.بدین منظور، مدل دقیقی از LS-DYNAگلوله و هدف تهیه‌شده است.این مدل، توانایی تعیین مودهاي تخریب عمومی و موضعی و مکانیزم­هايجذب انرژي حاکم بر نفوذ گلوله را دارا می‌باشد. به‌علاوه، این مدل عددي، با دقت خوبیمی‌تواند سرعتحد بالستیک و انرژي جذب شده در سازه ساندویچی را تعیین نماید. همچنین نتایج روش هاي تجربی،تحلیلی و عددي، انطباق خوبی با یکدیگر دارند.

واژگان کلیدی:نانوسیلیکا، توزیع کرنش و تنش، حد بالستیک، نفوذ شبه استاتیک، کرنش­سنج

دسته: , برچسب: , , , ,

فهرست مطالب

عنوان                                            صفحه

فهرستعلايمونشانه‌ها ‌د

فهرستجدول‌ها ‌ه

فهرستشكل‌‌ها ‌و

فصل 1-   مقدمه 1

1-1- پیشگفتار 2

1-2- ضرورتانجامپژوهش 2

1-3- اهدافپایان­نامه 3

1-3-1-  قسمتتجربی 4

1-3-2-  روشعددی 6

1-4- جنبه­هاینوآوریپایان­نامه 6

1-4-1-  درحوزهتجربی 6

1-4-2-  درحوزهعددی 7

1-5- چشم‌اندازکلیپایان­نامه 7

فصل 2-   ادبیاتتحقیق 8

2-1- مقدمه….. 9

2-2- تاریخچهموادکامپوزیتی 9

2-3- تعریف….. 10

2-3-1-  تقسیم‌بندیکامپوزیت­ها 11

2-3-2-  نقشالیافدرکامپوزیتوانواعآن 12

2-3-3-  نقشرزیندرکامپوزیت 13

2-4- کاربردکامپوزیت­ها 14

2-5- نانوکامپوزیت‌ها 14

2-5-1-  مکانیزم­هایاثرگذارینانوموادبرخواصمکانیکیکامپوزیت­ها 16

2-5-2-  نانوسیلیکا…. 17

2-6- ضربهدرکامپوزیت­هاونانوکامپوزیت­ها 18

2-6-1-  پارامترهایتاثیرگذاردرعملکردبالستیکییکسازهکامپوزیتی 19

2-6-1-2- ساختارپارچه…. ….20

2-6-2-  مکانیزم­هایخرابیکامپوزیت­هاتحتبارهایضربه­ای 21

2-6-3-  انواعشکستدراثربارضربه­ای 21

فصل 3-   مروریبرپژوهش­هایانجام‌شده 24

3-1- مقدمه….. 25

3-2- مطالعاتمربوطبهتأثیرنانوذراتبررفتارمکانیکیکامپوزیت­ها 25

3-2-1-  مطالعاتمربوطبهتأثیرنانوذراتدربارهایضربه­ای 27

3-3- مطالعاتمربوطبهتوزیعتنشوکرنشدرصفحاتکامپوزیتی 31

3-4- تعریفمسئله 35

فصل 4-  ساختنمونه­هاوانجامآزمایش­ها 37

4-1- مقدمه….. 38

4-2- ساختنمونه­ها 38

4-2-1-  جنسمواد… 38

4-2-2-  ابعادنمونه­ها 39

4-2-3-      ساختنمونه­هایضربه 40

4-2-4-  ساختگلولهوحاملآن 40

4-3- کرنشسنج 41

4-3-1-  پلوتستون. 41

4-3-2-  انتخابکرنش­سنج 42

4-3-3-  نصبکرنش­سنجبرروینمونه­هایکامپوزیتی 44

4-4- آزمایش­هایخواصمکانیکیرویمحصولتولیدشده 46

4-4-1-  آزمون­هایتعیینکیفیتپخششدگینانوذراتدرماتریسنانوکامپوزیت­ها 46

4-4-2-  آزمون­هایتعیینچگالیودرصدحجمیالیاف 46

4-4-3-  آزمون­هایکششطولینمونه­ها 47

4-4-4-  آزمونبرشداخلصفحه 48

4-4-5-  آزمایشکششرزین 49

4-4-6-  آزمایشنفوذشبهاستاتیک 50

4-4-7-  دستگاهتفنگگازی 50

فصل 5-   مدلسازیوتحلیلاجزاءمحدود 53

5-1- مقدمه….. 54

5-2- کدعددیمورداستفاده 54

5-3- مفهوماجزایمحدود 54

5-4- مراحلمدلسازی 56

5-4-1-  ایجادهندسهومش­بندی 56

5-4-2-  مدلمواد….. 56

5-4-3-  اعمالتأثیرنرخکرنش 57

5-4-4-  تعریفتماس 58

5-4-5-  شرایطمرزی 59

5-4-6-  شرایطاولیه 59

5-4-7-  زمانحل…… 59

5-4-8-  همگراییمش 59

5-4-9-  صحتسنجیشبیه‌سازیعددی 61

فصل 6-   نتایج 62

6-1- مقدمه…… 63

6-2- نتایجآزمایش­هایتعیینکیفیتساختنانوکامپوزیت­ها 63

6-3- نتایجآزمایش­هایتعیینخواصمکانیکینانوکامپوزیت­ها 63

6-3-1-  نتایجآزمایش­هایتعیینچگالیونسبتحجمیالیافنمونه­هاینانوکامپوزیتی 63

6-3-2-  نتایجآزمایش­هایکششطولینمونه­هاینانوکامپوزیتی 64

6-3-3-  نتایجآزمایش­هایبرشدرونصفحه­اینمونه­هاینانوکامپوزیتی 69

6-3-4-  جمع­بندینتایجآزمایش­هایتعیینخواصمکانیکی 72

6-3-5-  محاسبهخواصخارجصفحهنمونه­هاینانوکامپوزیتی 74

6-4- نتایجحاصلازآزمایشنفوذشبهاستاتیک 75

6-4-1-  حالاتگسیختگی 77

6-4-2-  انرژیجذبشدهدرطیتغییرشکلکلی(انرژیالاستیک) 78

6-4-3-  جابجایینفوذکننده 79

6-4-4-  توزیعتنشوکرنشدرنانوکامپوزیت‌ها 80

6-5- توزیعکرنشوتنشدرآزمونضربه 87

6-5-1-  سرعتحدبالستیکبهدستآمدهازروشهایعددیوآزمایشگاهی 87

6-5-2-  محاسبهمساحتخرابیدرروشهایعددیوآزمایشگاهی 89

6-5-3-  توزیعکرنشوتنشدر 5/0 درصدوزنینانوسیلیکا 92

6-6- تعمیمتجربینفوذشبهاستاتیکبهنفوذبالستیک 97

6-6-1-  جذبانرژی 97

6-6-2-  لایه­شدگی… 98

فصل 7-   نتیجه­گیریوپیشنهاد‌ها 100

7-1- نتیجه­گیری 101

7-2- پیشنهادها 103

فصل 8-   فهرستمراجع 107

فهرست علايم و نشانه‌ها

عنوان                                    علامت اختصاري

کرنش

تنش

مدول الاستیک

ضریب پواسون

کرنش در محل برخورد

تنش نرمال                                            y

اندازه الیاف                                         a

فاصله از محل برخورد                                  x

فاصله شعاعی از محل برخورد                            r

ضریب کرنش سنج                                       K

مقاومت کرنش سنج                                     R

تغییر مقاومت کرنش سنج                             RΔ

چگالی کامپوزیت                                      ρ

چگالی سیال

وزن کامپوزیت در هوا                                 wa

وزن کامپوزیت در شرایط غوطه­وری در سیال               wl

انرژی نفوذ دینامیک

انرژی نفوذ استاتیک

ضریب تشدید دینامیک

تنش شعاعی در بار متمرکز در فلز

نیروی متمرکز در فلز                                 P

ضخامت ورق فلزی                                       t

فهرست جدول‌ها

عنوان                                            صفحه

جدول‏2‑1 مزایاومعایبنانوذرات 16

جدول‏4‑1 مشخصاتکرنشسنج 44

جدول‏5‑1 ضریبتغییرخواصمکانیکیدرنرخکرنش­هایبالادرکامپوزیتشیشه(بافته‌شده) اپوکسی 57

جدول‏5‑2 تأثیرنرخکرنشبرخواصمکانیکیشیشهاپوکسیباالیافبافته‌شده]37[ 57

جدول‏5‑3 استحکامبینلایه­ایکامپوزیتشیشهاپوکسی]37[ 59

جدول‏6‑1 نتایجآزمایش­هایتعیینچگالی 64

جدول‏6‑2 خلاصهخواصمکانیکینمونه­ها 75

جدول‏6‑3 انرژیجذبشدهدرطیفرآیندنفوذدرنانوکامپوزیت‌هادردرصدهایوزنیمختلف 79

جدول‏6‑4 مقادیرجابجاییتانفوذکاملوجابجاییدرلحظهنیرویحداکثر 80

جدول‏6‑5 نتایجسرعتحدبالستیکبهدستآمدهازروشعددیوآزمایشگاهی 88

جدول‏6‑6 توابعتوزیعکرنشدرزمانهایمختلف 95

جدول‏6‑7 انرژینفوذاستاتیک،انرژینفوذدینامیکوضریبتشدیددینامیکیبراینانوکامپوزیتهایمختلف 98

فهرست شكل‌‌ها

عنوان                                            صفحه

شکل‏2‑1  انواعساختارهاینانوذرات]4[ 16

شکل2-‏2‑2 شکستپلاگینگ]8[ 22

شکل2-‏2‑3 شکستاسپالینگ]8[ 22

شکل2-‏2‑4 شکستخردشدن]8[ 23

شکل‏3‑1 رابطه­يانرژياوليهيپرتابهباانرژيجذبشدهتوسطهدف(چپ) ومساحتورقهورقهشدگيهدف(راست) دربرخوردبالستيك[20] 28

شکل‏3‑2  مقاومتکششینانوکامپوزیت‌هااپوکسیبانانوذرات Tio2 وCloisite 30Bبادرصدحجمیمختلف[21] 29

شکل‏3‑3  مقاومتضربهنانوکامپوزیت‌هااپوکسیبانانوذراتTio2وCloisite 30Bبادرصدحجمیمختلف[21] 30

شکل‏3‑4 نحوهچیدمانکرنش‌سنج‌هابررویصفحاتکامپوزیتی]7[ 31

شکل‏3‑5 چیدمانکرنش­سنج]24[ 32

شکل‏3‑6  نمودارنیروبرحسبزمان]24[ 33

شکل‏3‑7 تغییرشکلمخروطیطیضربهسرعت‌بالا]25[ 33

شکل‏3‑8 تغییراتکرنشکششیدرالیافثانویهدرراستایشعاعیهنگامضربهبالستیک]26[ 34

شکل‏3‑9 توزیعتنشدرنتیجهتضعیفامواجمنتشرشدهدراثرضربه]25[ 34

شکل‏4‑1 ساختارمؤلفه­هايرزينهاياپوكسي.(الف) ايپن828 خالص،(ب) عاملكراسلينكجِفآمين]29[ 39

شکل‏4‑2 هدفکامپوزیتیآزمایشنفوذوضربه 39

شکل‏4‑3 گلولهمورداستفادهدرآزمایشضربه 41

شکل‏4‑4 پلوتستون]31[ 42

شکل‏4‑5 میزانحساسیتبهدمادرآلیاژهایمختلف]31[ 44

شکل‏4‑6 مراحلنصبکرنشسنجبرروینمونه]31[ 45

شکل‏4‑7 دیتالاگروپلوتستون 45

شکل‏4‑8 نمونهکامپوزیتیبههمراهکرنش‌سنج‌هایمتصلبهآن 45

شکل‏4‑9 آزمایشسوزاندنکامپوزیت 47

شکل‏4‑10 نمونه­هایدرحالآزمایشکشش 47

شکل‏4‑11 شماتیکوابعادنمونه­هایآزمایشکشش (همهابعادبهmmمیباشند) 48

شکل‏4‑12 شماتیکوابعادنمونه­هایآزمایشبرش (همهابعادبهmmاست) 48

شکل‏4‑13 نمونهآزمایشقبل،درحینوبعدازآزمایش 50

شکل‏4‑14 آزمایشپانچ(دستگاهکشش) 50

شکل‏4‑15 دستگاهتفنگگازیدانشگاهتربیتمدرس 51

شکل‏4‑16 شماتیکدستگاهتفنگگازی]37[ 51

شکل‏4‑17 منحنیکالیبراسیوندستگاهتفنگگازی]37[ 52

شکل‏5‑1 نمودارسرعتباقی‌ماندهپرتابهبرحسبتعدادالمانهایهدف 60

شکل‏5‑2 مشبندیهدف 60

شکل‏5‑3 مشبندیهدفوگلوله 61

شکل‏6‑1 نتایجآزمایش­هایپراشاشعهایکس 64

شکل‏6‑2 نمودارتنش-کرنشآزمایشکششطولینمونه­هابادردرصدهایمختلفنانوسیلیکا 65

شکل‏6‑3 سطحشکستنمونهتحتآزمایشکششطولی 66

شکل‏6‑4 تغییراتمدولیانگنمونههایکششطولیدربرابردرصدنانوسیلیکایافزوده‌شدهبهکامپوزیت­ها 67

شکل‏6‑5 تغییراتاستحکامکششینمونه­هایکششطولیدربرابرمقادیرنانوسیلیکایاضافهشده 67

شکل‏6‑6 مقادیرکرنششکستنمونه­هاینانوکامپوزیتیمربوطبهدرصدهایمختلفنانوسیلیکا 68

شکل‏6‑7 مقادیرچقرمگیشکستنانوکامپوزیت­هابهازایمقادیرمختلفنانوسیلیکا 68

شکل‏6‑8 نمونه­هایآزمایشبرشیبعدازانجامآزمایش 69

شکل‏6‑9 نمودارتنش- کرنشنمونه­هایآزمایشبرشی 70

شکل‏6‑10 تغییراتاستحکامبرشیبهازایمقادیرمختلفنانوسیلیکا 71

شکل‏6‑11 تغییراتاندازهمدولبرشینمونه­هابهازایمقادیرمختلفنانوسیلیکا 72

شکل‏6‑12 انرژیشکستنمونه­هایبرشی 72

شکل‏6‑13 آزمایشنفوذشبهاستاتیک 76

شکل‏6‑14 منحنینیروتماسیبرحسبجابجاییبرایدرصدهایمختلفنانوکامپوزیت‌ها 76

شکل‏6‑15 مراحلمختلفگسیختگیدرنمودارنیروجابجایی 78

شکل‏6‑16 نمودارنیروجابجاییدرمحدودهالاستیک 79

شکل‏6‑17 نمونهفایلخروجیدیتالاگر 82

شکل‏6‑18 نمودارکرنشبرحسبزمانکرنشسنج 83

شکل‏6‑19 نمودارکرنشزمانبرایکرنش­سنجیدرنزدیکیمحلنفوذسمبه 83

شکل‏6‑20 منحنیکرنشبرحسبفاصلهبرایکامپوزیتخالص 84

شکل‏6‑21 منحنیکرنشبرحسبفاصلهبراینانوکامپوزیتبا 3 درصدنانوسیلیکا 84

شکل‏6‑22 مقایسهکرنشدونوعکامپوزیت 85

شکل‏6‑23 محلنصبکرنش­سنجدرسطوحبالاییوپایینی 85

شکل‏6‑24 نمودارکرنشبرحسبزماندرسمتنانوکامپوزیت‌هاتحتبارمتمرکز 87

شکل‏6‑25 شکستقطعاتکامپوزیتی 89

شکل‏6‑26 گسترشناحیهخرابیدراهدافکامپوزیتیa)0 درصدb) 5/0 درصدc) 1 درصدd) 3 درصد 90

شکل‏6‑27 شکللایه­شدگیکامپوزیتتحتبارضربهای 91

شکل‏6‑28 مساحتلایه­شدگیبرایدرصدهایمختلفنانوسیلیکا 91

شکل‏6‑29 محلانتخابنقاطمختلفبرایثبتکرنش 92

شکل‏6‑30 نمودارکرنشبرحسبزماننقاطانتخابشدهدرآزمایشضربه 93

شکل‏6‑31 نمودارکرنشبرحسبزمانبرایلحظهاولیهبرخورد 93

شکل‏6‑32  نمودارتوزیعکرنشبرحسبفاصلهدرزمان1.83e-5میلیثانیه 94

شکل‏6‑33 انواعنمودارهایتوزیعکرنشبرحسبفاصلهبههمراهمعادلاتشان 95

شکل‏6‑34 توزیعکرنشبرحسبزماندربازههایزمانیمختلف 96

شکل‏6‑35 نمودارتنش-زماندرنقاطمختلف 97

شکل‏6‑36 مساحتناحیهلایه­شدگیبرایدونوعآزمونشبهاستاتیکوضربهبالستیکدردرصدهایمختلفنانوسیلیکا 99

شکل‏6‑37 شماتیکمساحتلایه­شدگیA) ضربهبالستیکB) آزمونشبهاستاتیک 99

نقد و بررسی‌ها

هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.

اولین کسی باشید که دیدگاهی می نویسد “تحلیل تجربی و عددی توزیع تنش و کرنش  در کامپوزیت و نانوکامپوزیت­های لایه­ای هیبریدی تحت بار ضربه­ای”

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

لینکدین واتساپ

محصولات مرتبط

%37تخفیف

دانلود پروژه: طراحی دهکده سالمندی بابلسر با گرایش علوم رفتاری

قیمت اصلی 35,000 تومان بود.قیمت فعلی 22,000 تومان است.
1.00
1 فروش
افزودن به سبد خرید
%34تخفیف

اثر تاریخ کاشت و استفاده از باکتری رایزوبیوم بر رشد و عملکرد لوبیا

قیمت اصلی 35,000 تومان بود.قیمت فعلی 23,000 تومان است.
3.29
0 فروش
افزودن به سبد خرید
%46تخفیف

اثر پرايمينگ بذر بر شاخص هاي جوانه زني بذر شش گياه زينتي

قیمت اصلی 39,000 تومان بود.قیمت فعلی 21,000 تومان است.
2.67
0 فروش
افزودن به سبد خرید
امتیاز 0 از 5 از 0 دیدگاه

قیمت اصلی 39,000 تومان بود.قیمت فعلی 23,000 تومان است.

  • تاریخ ایجاد بهمن 20, 1399
  • تاریخ بروزرسانی اسفند 13, 1401
  • فروش 0
  • دیدگاه 0
شرایط استفاده از محصول

تمام محصولات به ازای پرداخت پروژه تنها قابل استفاده می باشند. این بدین معنی است که برای استفاده از یک یا چند محصول ، لازم به خرید آن محصول است.

مزایای خرید این محصول:
  • دسترسی به فایل به صورت همیشگی
  • پشتیبانی رایگان
  • پشتیبانی 24 ساعته محصول
  • بازگشت وجه در صورت عدم رضایت مشتری
مشاهده قوانین سایت
قبلا حساب کاربری ایجاد کرده اید؟
گذرواژه خود را فراموش کرده اید؟
ثبت نام کنید
enemad-logo