عنوان پایان‌نامه
بررسی خواص مکانیکی ناحیه فرآوری شکست در مواد کامپوزیتی با کاربرد هوافضایی
- رشته تحصیلی
- مهندسی هوا فضا -مهندسی فضایی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 64294
- تاریخ دفاع
- ۲۵ شهریور ۱۳۹۳
- دانشجو
- نبی مهری خوانساری
- استاد راهنما
- محمدحسین صبور, مهدی فکور ثقیه
- چکیده
- در فرآیند شکست قطعات اورتوتروپیک، عموماً در نواحی اطراف نوکِ ترک، ناحیهای تحت عنوان "ناحیه آسیب" پدید میآید که این ناحیه در مواد شبهشکننده به ناحیه "فرآوری شکست" معروف است. تعیین خواص مکانیکی این ناحیه، میتواند به پیشبینی میزان یا حتی جهت رشد ترک موجود در قطعات اورتوتروپیک کمک کند. این ناحیه شامل انبوهی از میکروترکها است که به دلایل متعدد، تحلیل و بررسی فرآیند شکست در اینگونه مواد را بسیار دشوار کردهاست و از طرفی باعث نوعی مقاومت در ناحیه آسیب میشود که این عامل نیز میتواند در بهبود خواص شکست ماده تأثیرگذار باشد. تاکنون مدلهایی به‌منظور تعیین خواص مکانیکی این ناحیه ارائه‌شده است اما به دلیل پیچیدگی‌های بسیار زیاد این ناحیه، نتایج حاصله به درستی مبین رفتار این ناحیه نبوده است. ضمناً، مدلهای موجود با روشهای نوین تجربی و عددی مقایسه و صحتسنجی نشده است. لذا، در این پروژه، ابتدا مدلی نوین بر مبنای نتایج تجربی و عددی (المان محدود) به‌منظور بررسی و شبیهسازی خواص مکانیکی ناحیه آسیب در مواد اورتوتروپیک ارائه شد. این مدل با بهره گیری از توزیع چگالی احتمال (برای اندازه و جهتگیری میکروترکها) و برخلاف مدلهای پیشین، میتواند با ارائه یک بازه برای مدول الاستیسیته، خواص مکانیکی این ناحیه را برای حالت وجود یا عدم وجود برهمکنش بین میکروترکها تخمین بزند. علاوه بر این، به‌منظور سادهسازی رفتار پیچیده ناحیه آسیب و با توجه به اهمیت بحث زمان در تخمین استحکام باقیمانده و روند تخریب ماده، سعی بر آن شد تا با ارائه یک مدل عددی جدید بر اساس تئوری ویسکوالاستیک (فنرها و میرا کننده¬های خطی) و با استناد به سریهای پرونی، خواص مکانیکی ناحیه آسیب شبیهسازی شود. سپس، با استفاده از این خواص، راهکاری به‌منظور پیشبینی شکست در مودترکیبی مواد اورتوتروپ ارائه شد. نتایج حاصله، مبین راهکاری مناسب به‌منظور پیشبینی شکست در مود ترکیبی مواد است که میتواند قابل کابرد در صنایع مختلف، به ویژه هوافضا باشد. کلمات کلیدی: شکست، مواد مرکب، خواص مکانیکی، ناحیه آسیب، ویسکوالاستیک
- Abstract
- Fracture phenomenon in orthotropic materials, generally associates with damaged zone that in quasi-brittle materials is known as fracture process zone. Determination of Mechanical properties in this region can help to predict the magnitude or even the direction of crack growth in orthotropic materials. This area contains a multitude of micro cracks which cause difficulties in analytical process of the region, also cause resistance in damaged zone that can affect the material fracture properties. So far, several models have been proposed to determine the mechanical properties of this region, but due to the immense complexity of this region, the results have not been expressed the behavior of this region properly. Moreover, the existence methods have not been verified with new experimental and numerical data, yet. In present research, first, a new approach (based on experimental and numerical (FEM) results) proposed to investigate the orthotropic damaged zone properties. This model, by use of the probability density distribution (for the size and orientation of microcracks) and unlike the previous models offering a range for effective elasticity modulus, can determine the mechanical properties of this region for the presence or absence of micro-cracks interaction among them. Moreover, in order to simplify the complexity of the damaged zone and showing the importance of time in the estimation of the residual strength and the failure of the material, by referring to the series of Peron, tries to offer a new numerical model based on viscoelastic theory (linear springs and damping), to simulate the mechanical properties of the damage zone. Then, by applying these properties, a methodology is given to predict the failure in mixed mode fracture of orthotropic materials estimated. Results, suggest an appropriate method to predict the failure in mixed mode fracture that can be used in various industries, particularly aerospace. Keywords: fracture, composite, mechanical properties, damaged zone, viscoelasticity
