نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار، مهندسی مکانیک، پردیس دانشکده های فنی، دانشگاه تهران، تهران

چکیده

در این تحقیق به مطالعه تاثیر شرایط چسبندگی بین الیاف و رزین بر میدان تنش پسماند حرارتی در کامپوزیتهای پلیمری، پرداخته شده است. بدین منظور، یک کامپوزیت سه فاز شامل الیاف، رزین و فاز میانی در نظر گرفته شده است. در ابتدا، با استفاده از پیش بینی‌های تحلیلی موجود برای خصوصیات الاستیک فاز میانی و براساس معادلات مایکرومکانیک، خواص مکانیکی تک لایه ارتوتروپیک سه فاز حاصل شده است. با اعمال این خواص به حل دقیق موجود، ضرایب کالیبراسیون مربوط به روش سوراخکاری مرکزی برای چهار کامپوزیت تک جهته با جنس‌های متفاوت بدست آمده است. شبیه سازی روش سوراخکاری مرکزی در چندلایه های کامپوزیتی با در نظر گرفتن ضخامت‌های متفاوت فاز میانی، منجر به پیش بینی یک ماتریس ضرایب کالیبراسیون معادل برای چندلایه گردیده است. در نهایت با استفاده از نتایج آزمایشگاهی موجود برای کرنشهای پسماند، تنشهای پسماند حرارتی به ازای شرایط متفاوت چسبندگی محاسبه گردیده است. نتایج تحلیلی نشان می دهد که در کامپوزیت کربن اپوکسی، شرایط چسبندگی تاثیر مهمی بر تمامی ضرایب کالیبراسیون دارد؛  در حالیکه در کامپوزیتهای بوران-اپوکسی، شیشه-اپوکسی و کولار-اپوکسی تعداد قابل ملاحظه ای از این ضرایب، حساسیتی به این شرایط ندارند. در نتیجه، در چندلایه های کربن-اپوکسی دور شدن از شرایط چسبندگی کامل،  منجر به کاهش قابل ملاحظه میدان تنش پسماند می گردد (حدود 30%)، در حالیکه این تغییرات در چندلایه های شیشه-اپوکسی کمتر است (حدود 11%)، عمده این کاهش در تنش پسماند زمانی اتفاق می افتد که ماده کامپوزیتی به صورت سه فاز در نظر گرفته می شود، حتی اگر فاز میانی بسیار نازک باشد.

کلیدواژه‌ها

[1]  

Safarabadi, M.: Analytical Solution for Determination of Curing Residual Stresses in Composite Laminates. PhD Thesis, Iran University of Science and Technology, Iran, 2011.

[2]

Trende, A., Astrom, B.T. and Nilsson, G.: Modeling of Residual Stresses in Compression Molded Glass-mat Reinforced Thermoplastics. Composites, Part A, vol. 31, 2000, pp. 1241-1254.

[3]

Shokrieh, M.M. and Safarabadi, M.: Residual Stresses in Composite Materials, Chapter 8: Understanding residual stresses in polymer matrix composites. First ed, Woodhead Publisher, London, pp.197-232, 2014.

[4]

Determining Residual Stresses by the Hole-Drilling Strain-Gage Method, ASTM International Standard, E837, 2004.

[5]

Prasad, C.B., Prabhakaran, R. and Tompkins, S.: Determination of Calibration Constants for the Hole-Drilling Residual Stress Measurement Technique Applied to Orthotropic Composites, Part H: Experimental Evaluations. Composite Structures, vol.8, 1987, pp. 165-172.

[6]

Lake, B.R., Appl, F.J. and Bert, C.W.: An Investigation of the Hole-Drilling Technique for Measuring Planar Residual Stress in Rectangular Orthotropic Materials. Experimental Mechanics, vol.10, 1970, pp. 233-239.

[7]

Rendler, N.J. and Vigness, I.” “Hole-Drilling Strain Gauge Method of Measuring Residual Stresses. Experimental Mechanics, vol.6, no.12, 1966, pp. 577-586.

[8]

Ghasemi, A.R.: Determination of Residual Stresses in Laminated Composites. PhD Thesis, Iran University of science and technology, Iran, 2007.

[9]

Bert, C.W. and Thompson, G.L.: A Method for Measuring Planar Residual Stresses in Rectangular Orthotropic Materials. Composite Materials, vol.2, no.2, 1968, pp. 244-253.

[10]

Schajer, G.S. and Yang, L.: Residual-Stress Measurement in Orthotropic Materials Using the Hole-Drilling Method. Experimental Mechanics, 1994, pp. 324-333.

[11]

Sicot, O., Gong. X.L., Cherouat A. and Lu, J.: Determination of Residual Stress in Composite Laminates Using the Incremental Hole-Drilling Method. Composite Materials, 2003, pp. 831-843.

[12]

Sicot, O., Gong. X.L., Cherouat A. and Lu, J.: Influence of Experimental Parameters on Determination of Residual Stress Using the Incremental Hole-Drilling Method. Composite Science and Technology, 2004, pp. 171-180.

[13]

Shokrieh, M.M. and Kamali, M.: Theoretical and Experimental Studies on Residual Stresses in Laminated Polymer Composites. Composite Materials, vol.41, no. 4, 2007, pp. 435-452.

[14]

Shokrieh, M.M. and Ghasemi, A.R.: Simulation of Central Hole-Drilling Process for Measurement of Residual Stresses in Isotropic, Orthotropic and Laminated Composite Plates. Composite Materials, vol.41, no.19, 2007, pp. 2293-2311.

[15]

Shokrieh, M.M. and Safarabadi, M.: Effects of Imperfect Adhesion on Thermal Micro-Residual Stresses in Polymer Matrix Composites. Adhesion & Adhesives, vol.31, 2011, pp. 490-497.

[16]

Papanicolaou, G.C., Michalopoulou, M.V. and Anifantis, N.K.: Thermal Stresses in Fibrous Composites Incorporating Hybrid Interphase Regions. Composites Science & Technology, vol.62, 2002, pp. 1881–1894.

 

[17]

Pompe, G. and Ma¨der, E.: Experimental Detection of a Transcrystalline Interphase in Glass-Fibre/Polypropylene Composites. Composites Science & Technology, vol.60, 2000, pp. 2159–2167.

[18]

Fisher, F.T. and Brinson, L.C.: Viscoelastic Interphases in Polymer Matrix Composites: Theoretical Models and Finite Element Analysis. Composites Science & Technology, vol.6, 2001, pp. 731–748.

 [19]

Kim, J.K., Sham, M.L. and Wu, J.: Nanoscale Characterization of Interphase in Silane Treated Glass Fibre Composites. Composites, Part A, vol.32, 2001, pp. 607–618.

 [20]

Matzenmiller, A. and Gerlach, S.: Parameter Identification of Elastic Interphase Properties in Fiber Composites. Composites, Part B, vol.37, 2006, pp. 117–126.

 [21]

Shokrieh, M.M. and Ghasemi, A.R.: Determination of Calibration Factors of the Hole-Drilling Method for Orthotropic Composites Using an Exact Solution. Composite Materials, vol.41, 2007, pp. 2293-2311.

 [22]

Savin, G.N.: Stress Concentration around Holes, (International Series of Monographs in Aeronautics and Astronautics. Division 1, Solid and Structural Mechanics), 1961, Pergamum Press, Oxford.

 [23]

Maple 12, Copyright 1981-2008 by Waterloo Maple Inc.