میهن فایل

فهرست مطالب

عنوان صفحه

فهرست شكل‌‌ها ‌ج

فصل 1- مقدمه 1

1-1- بيان مسئله 1

1-2- اهداف تحقيق 3

فصل 2- مروري بر کامپوزيت ها و روابط ساختاري آنها 5

2-1- تعريف کامپوزيت 5

2-2- تاريخچه کامپوزيتها 5

2-3- مزاياي استفاده ازكامپوزيت ها 6

2-4- كاربرد کامپوزيتها 7

2-5- طبقه بندي کامپوزيتها 9

2-5-1- کامپوزيتهاي ذره اي(تقويت شده باذرات 9

2-5-2- کامپوزيتهاي ليفي(تقويت شده باالياف) 10

2-6- انواع الياف مورداستفاده دركامپوزيت ها 11

2-6-1- الياف شيشه: 11

2-6-2- الياف كربن 12

2-6-3- الياف آراميد (كولار) 12

2-6-4- الياف برن (Boron ) 13

2-6-5- الياف پلي اتيلن 13

2-6-6- الياف سراميكي 13

2-6-7- الياف فلزي 13

2-7- ماتريس هاي پليمري 14

2-7-1- ماتريس اپوكسي 14

2-7-2- ماتريس پلي استر 15

2-7-3- ماتريس فنوليك 16

2-8- معادلات ساختاري کامپوزيت ها 16

2-8-1- قانون عمومي هوك 16

2-9- تقارن مواد 19

2-9-1- مواد منوكلينيك 19

2-9-2- مواد اورتوتروپيك 22

2-9-3- ايزوتروپ جانبي 24

2-9-4- مواد ايزوتروپ 25

2-10- ثابتهاي مهندسي 26

2-11- ماتريس هاي سفتي در يک لمينيت 30

2-12- ثابت هاي مهندسي يک لايه چيني 32

2-13- ثابت هاي مهندسي درون صفحه اي يک چندلايه 33

2-13-1- ثابت هاي کششي يک چند لايه [6] 33

2-13-2- ثابت هاي خمشي يک چندلايه[6] 34

فصل 3- سازه هاي مشبک کامپوزيتي 35

3-1- پيشگفتار 35

3-2- مواد تشکيل دهنده ي سازه هاي مشبک کامپوزيتي 35

3-3- تقسيم بندي سازه هاي مشبک کامپوزيتي 37

3-4- تاريخچه ي استفاده از سازه هاي مشبک کامپوزيتي 38

3-5- فرايند ساخت سازه هاي مشبک کامپوزيتي 39

3-6- موارد کاربرد سازه هاي مشبک کامپوزيتي 41

3-6-1- صنايع فضايي 41

3-6-2- صنايع هوايي 42

3-6-3- صنايع کشتي سازي 42

3-6-4- صنايع قايق سازي 43

3-6-5- سازه هاي داراي گشودگي 43

3-7- جمع بندي 44

فصل 4- فصل دوم: پيشينه تحقيق 45

4-1- مقدمه 45

4-2- روش تجربي 45

4-2-1- سازه هاي کامل 45

4-3- سازه هاي با گشودگي 51

4-4- روش تحليلي 58

4-4-1- سازه هاي با گشودگي 58

4-5- جمع بندي 67

فهرست مراجع 68

فهرست شكل‌‌ها

عنوان صفحه

شکل ‏ 1 1: نمونه هايي ازكاربرد كامپوزيت هادرصنايع مختلف 8

شکل ‏ 1 2: تقارن نسبت به صفحه x1-x2 20

شکل ‏ 1 3: لايه تک جهته off axis 22

شکل ‏ 1 4: تقارن نسبت به صفحات x1-x2 و x2-x3 23

شکل ‏ 1 5: کامپوزيت اورتوتروپ 24

شکل ‏ 1 6: ماده ايزوتروپ جانبي 25

شکل ‏ 1 7: ثابتهاي مهندسي براي مواد ايزوتروپ عرضي 28

شکل ‏ 1 8: پارامترهاي مختلف مربوط به يک لايه چيني []. 30

شکل ‏ 1 1: سلول واحد 37

شکل ‏ 1 2: برج راديويي مسکو 38

شکل ‏ 1 3: کاربرد سازه هاي مشبک در صنايع فضايي 42

شکل ‏ 2 1: پنل مشبک تقويت شده a): مدل اوليه ، b): مدل مسلح شده با فوم 71 IG Rohacell [11] 46

شکل ‏ 2 2: نمودار بار- کرنش ارائه شده توسط بيسکنر a): مدل اوليه ، b): مدل مسلح شده با فوم 71 IG Rohacell 47

شکل ‏ 2 3: نحوه ي ساخت نمونه هاي درهم بافته شده براي تست در تحقيق N. Akkus [12] 48

شکل ‏ 2 4: محل قرارگيري کرنش سنج ها در تست خمش [12] 49

شکل ‏ 2 5: نمودار کرنش- بار براي تير بالا و پايين (12) 50

شکل ‏ 2 6: نمودار کرنش- بار براي ريب ها (12) 50

شکل ‏ 2 7: نمونه ي بررسي شده توسط هان [13] براي تست تجربي 52

شکل ‏ 2 8: نمودار بار- ضريب تمرکز کرنش در تحقيق هان (13) 52

شکل ‏ 2 9: آزمايش تجربي صورت گرفته توسط چانگ (2) 53

شکل ‏ 2 10: نتايج تجربي نمودار ضريب تمرکز تنش-نسبت شعاع براي سطح داخلي و خارجي پوسته [2] 54

شکل ‏ 2 11: نمونه مورد مطالعه در تحقيق نلسون 55

شکل ‏ 2 12: نمودار کرنش- بار حاصل از آزمايش تجربي نلسون [14] 55

شکل ‏ 2 13: مدل تغيير شکل يافته از دو تحليل تجربي و عددي نلسون (14) 56

شکل ‏ 2 14: ورق نامحدود با گشودگي بيضوي 58

شکل ‏ 2 15: شکل شماتيک از ورق داراي گشودگي دايروي 63

شکل ‏ 2 16: پوسته ي ايزوتروپ داراي گشودگي دايروي تحت بارگذاري کششي [] 64

پوسته هاي استوانه اي مشبک کامپوزيتي بخاطر دارا بودن فوايدي همچون سفتي بالا، سبکي وخواص مقاومت به خوردگي، امروزه بطور وسيعي در صنايع هواپيماسازي، صنايع موشکي و دريايي مورد استفاده قرار ميگيرند. در بعضي موارد مانند سازه موشکي، اين پوسته ها به صورت پوسته ي استوانه اي يا مخروطي ساخته شده و تحت بار محوري فشاري قرارميگيرند. بدين ترتيب، پايداري سازه هاي مخروطي و استوانه اي تحت نيروهاي خارجي يک مسئله حائز اهميت براي طراحي راکت، مخازن تحت فشار، پوسته هاي موتور راکت و تانکرهاي گاز ميباشد .

يک سازه کامپوزيتي مشبک را ميتوان حاصل قرارگيري ريبهاي کامپوزيتي متصل به يکديگر که تشکيل يک مجموعه پيوسته را به صورت 2 بعدي (صفحه اي) يا 3 بعدي (فضايي) ميدهند، دانست. اين مجموعه از ريبها که شکل شبکه اي به سازه ميدهند از الياف پيوسته، چقرمه، سفت و مستحکم تشکيل شده اند. بدين ترتيب سازه هاي کامپوزيتي مشبک به دليل داشتن استحکام بالا، نسبت وزني کم، انعطاف پذيري در طراحي داراي قابليتهاي کاربردي بيشتري نسبت به سازه هاي فلزي ميباشند .

عموما از سازه هاي مشبک کامپوزيت براي تحمل بارهاي فشاري محوري استفاده مي شود ، وجود شبکه باعث مي شود که مسير بارهاي تخريبي در نقاط آسيب ديده تغيير يابد . در اين سازه ها عموما الياف که اجزاي اصلي ريب ها را تشکيل مي دهند و به صورت متحد در راستاي ريب قرار مي گيرند که اين کار از پديده ي تورق در آنها جلوگيري مي کند. خواص منحصر بفرد مواد مرکب از جمله ي مقاومت و سفتي مخصوص بالا ، مقاومت بالا در برابر خوردگي، خستگي و عايق در برابر ميدان الکترومغناطيس باعث استفاده ي رو به رشد اين مواد شده است .

در اين مواد همانند تمامي مواد مرکب، فايبرها تحمل کننده ي اصلي بار مي باشند و مواد زمينه به عنوان نگهدارنده ي فايبرها در کنار هم عمل مي کنند. از طرف ديگر انتقال دهنده ي بار بين فايبرها مي باشند و از فايبرها در برابر آسيب محيطي و خوردگي محافظت به عمل مي آورند. شيشه ي نوع E پرکاربرد ترين استحکام دهنده در مواد مرکب است . جايي که به مدول بيشتري نسبت به شيشه نياز است از الياف کربن استفاده مي شود. مواد زمينه در مواد مرکب بسته به نوع کاربرد از جنس پليمر ، فلز يا سراميک استفاده مي شوند. رتبه ي اول در اين مواد زمينه به پليمرها اختصاص دارد . اجزاي اصلي اين سازه مشبک شامل گره ها، ريبها و سلول واحد ميباشد. معمولاً هر سازه از تکرار چند سلول واحد تشکيل شده و استحکام سازه هاي مشبک کامپوزيتي رابطه مستقيم با اين واحدها دارد، ضمناً محل برخورد ريبها، گره ناميده ميشود .

سازه هاي مشبک کامپوزيتي را ميتوان براساس جهات قرارگيري ريبها به صورت زير تقسيم بندي نمود :

-1 سازه هاي مشبک کامپوزيتي شامل ريبهاي محيطي، طولي و مايل

-2 سازه هاي مشبک کامپوزيتي شامل ريبهاي محيطي و مايل

-3 سازه هاي مشبک کامپوزيتي شامل ريبهاي مايل

-4 سازه هاي مشبک کامپوزيتي شامل ريبهاي محيطي و طولي

بسته به نوع کاربرد اين سازه ها ريبها را از جهات مختلف قرار مي دهند عموما ريبهاي طولي و مايل بارهاي محوري را تحمل مي کنند ، ريبهاي محيطي هم نقش بسزايي در جلوگيري از چروکيدگي پوسته دارند و قسمتي از بار وارده محوري را هم تحمل مي کنند .