طراحی، ساخت و بررسی خواص مکانیکی اتصال مقاطع لوله‎ای کامپوزیتی و فلزی

تعداد 97 صفحه  درword

کارشناسی ارشد

رشته مهندسی مکانیک

گرايش ساخت و تولید

طراحی، ساخت و بررسی خواص مکانیکی اتصال مقاطع لوله‎ای

کامپوزیتی و فلزی

چکیده

اتصالات کامپوزیتی به دو دسته­ی مکانیکی و چسبی تقسیم می­شوند. هر یک از این دو دسته دارای مزایا و معایبی است که آن را برای کاربرد­ی خاص امکان­پذیر می­کند. اتصالات چسبی دارای ویژگی­هایی چون سبکی، یکپارچگی، انتقال یکنواخت بار، عدم آسیب به بافت کامپوزیت و میرایی بار­های دینامیکی و خستگی می­باشند. در این پژوهش از اتصالات چسبی جهت اتصال مقاطع لوله­ای فلزی به کامپوزیت شیشه/اپکسی استفاده شده است. نوآوری این روش در به­کار گذاشتن لوله­ی فلزی در بین کامپوزیت پخت نشده است که عدم استفاده از چسب را ممکن می­سازد. بر اساس این روش، آزمایش اندازه‌گیری استحکام نهایی کششی اتصال طراحی شد. هفت نمونه با ضخامت­های مختلف چسبنده­ی کامپوزیتی ساخته شد. بعد از انجام آزمایش کشش روی این نمونه­ها، نیروی شروع آسیب استخراج و بر حسب تعداد لایه­چینی کامپوزیت منظم شد. روابط بین بیشینه نیروی گسیختگی و همچنین مد شکست اتصال بر حسب ضخامت چسبنده­ی کامپوزیتی به­دست آمد.

همچنین به کمک نرم‌افزار اجزاء محدود آباکوس روش حاضر برای قطر­ لوله، طول اتصال و ضخامت چسب مختلف مورد بررسی قرار گرفت تا اثر هر یک بر بار بیشینه اتصال در حالت کششی مشخص شود. برای مدل‌سازی چسب از المان چسبیو روابط کشش-جدایش استفاده شد که به­طور همزمان امکان تعریف روابط تنش (شروع آسیب) و مکانیک شکست (رشدآسیب) را دارد. یافته‎های حل عددی حاکی از آن است که با افزایش طول اتصال چسبی و کاهش قطر لوله، از مقداری مشخص، مد شکست اتصال فلز-کامپوزیت تغییری نمی‌کند. همچنین با افزایش ضخامت المان چسبی، مد شکست از منطقه­ی لایه­ی چسب اتفاق خواهد افتاد. در نهایت ایده‎ای برای رسیدن به استحکام نهایی بیشینه در برابر بار محوری کششی پیشنهاد شده است. در این ایده، ضخامتی مؤثر برای چسبنده­ی کامپوزیتی پیشنهاد شده است که بهازای آن می­توان مد شکست اتصال فلز-کامپوزیت را به کامپوزیت یا چسب نسبت داد.

در مقایسه­ی نتایج تجربی و اجزاء محدود، بیشینه بار قابل تحمل اتصال در شروع آسیب، تطابقی در حد21/1 درصد دارد.

کلمات کلیدی

اتصال چسبیلوله فلز-کامپوزیتشیشه/اپکسی، کشش محوری، مد شکست، روش اجزاء محدود، المان چسب، هندسه بهینه