عنوان پایان نامه

مدل سازی آسیب پیشرونده در مخازن تحت فشار کامپوزیتی


    محل دفاع
    کتابخانه دانشکده علوم و فنون نوین شماره ثبت: 701;کتابخانه دانشکده علوم و فنون نوین شماره ثبت: 701
    تاریخ دفاع
    ۳۰ مهر ۱۳۹۶
    استاد راهنما
    رهام رفیعی

    پیش بینی فشار تخریب مخازن تحت فشار کامپوزیتی در صنایع از اهمیت به سزایی برخوردار است. در این تحقیق به صورت مشخص بر روی هر دو گونه مخزن کامپوزیتی دارای آستری و بدون آستری تمرکز گردیده است. ابتدا تحلیل تنش بر اساس تئوری لایه چینی کلاسیک و همچنین مدلسازی عددی المان محدود صورت می گیرد. بر اساس تطابق مناسب نتایج، المان مناسب جهت تحلیل مخازن جدار نازک و جدار ضخیم با روش المان محدود شناسایی و استفاده گردید. سپس بر اساس استفاده از چندین قانون تخریب مخصوص کامپوزیت ها، تخریب اولین لایه پیش بینی می گردد و قوانینی که پیش بینی دقیق تری دارند شناسایی می شوند. پس از آن فشار تخریب نهایی متناظر با رخداد تخریب آخرین لایه در مخازن کامپوزیتی با استفاده از مدلسازی تخریب پیشرونده تعیین می گردد. مدلسازی تخریب پیشرونده از سه جز اصلی تحلیل تنش، ارزیابی تخریب و کاهش خواص مکانیکی تشکیل شده است. تحلیل تنش توسط نرم افزار المان محدود صورت می گیرد و ارزیابی تخریب نیز با تکیه بر معیارهای تخریب مناسب شناسایی شده تحقق می یابد. در این روند هر گاه تخریب رخ دهد، خواص لایه متناظر تقلیل می یابد و در حقیقت لایه تخریب شده با یک لایه سالم ولی با خواصی افت یافته جایگزین می شود و سپس تحلیل ادامه می یابد تا مخزن قابلیت تحمل هیچ باری را نداشته باشد و فشار متناظر به عنوان فشار ترکیدگی اعلام می گردد. برای کاهش خواص مکانیکی از سه رهیافت مختلف تخفیف لایه ای عمومی، تخفیف لایه ای ارتقا یافته و روش مکانیک آسیب پیوسته استفاده می شود. سپس، مدلسازی تصادفی پیش بینی فشار تخریب با در نظر گرفتن عدم قطعیت های تولید صورت می پذیرد. در این مدل، پارامترهایی همانند کسرحجمی، زاویه پیچش الیاف، خواص مکانیکی و استحکامی به صورت تصادفی مدل می گردند، زیرا در فرآیند تولید امکان کنترل دقیق و قطعی کسر حجمی و زاویه پیچش الیاف عملا مقدور نمی باشد. نتایج موید این واقعیت بودند که عدم کنترل و تنظیم مناسب این پارامترها می تواند منجر به رخداد تخریب در فشارهای کمتر از مقدار نامی گردد. به عنوان مطالعه آزمایشگاهی با توجه به عدم دسترسی به مخزن کامپوزیتی در زمان پژوهش، ارزیابی تخریب ناشی از فشار داخلی بر روی لوله کامپوزیتی مورد مطالعه قرار گرفت و از نتایج آن برای ارزیابی مدلسازی تئوری استفاده گردید. کلمات کلیدی: فشار تخریب- مخازن کامپوزیتی تحت فشار-
    Abstract
    Inspired by the technological development in military section, composite pressure vessels are adapted for a widespread applications in civil sector. Exhibiting outstanding properties such as high strength/stiffness-to-weight ratio, remarkable fatigue endurance and excellent durability against corrosion have also expanded their commercial market from aerospace and aviation industries to automotive, medical and sport segments. The technological evolution of vessels for holding liquids and gases under pressure has advanced through five generations so far. Type I is a full metallic pressure vessel suffering from high weight and low resistance against fatigue in comparison with other types . Type II and type III are composite overwrapped pressure vessels with metallic liner. In the former, the cylindrical section of the liner is just wrapped with composite in the hoop direction while in the later the liner is fully wrapped with composite. Known as a full composite pressure vessel, a polymeric liner is fully wrapped with composites in type IV. In types II, III and IV, liners play the role of barrier between the internal fluid and composite layers preventing leakage through the micro-cracks in matrix and ensuring gas permeability through the vessel-wall thickness in high pressures. The overwrapped composites provides required stiffness/strength as structural components. Most recently, an innovative liner-less pressure vessel has been introduced as type V for spacecraft application wherein nano-particles are incorporated into the matrix systemThe main objective of this research is to predict burst pressure of composite pressure vessels subjected to internal pressure taking into account manufacturing uncertainities. Firstly, first-ply-failure (FPF)of composite pressure vessels with/without liner is studied comparing performance of different failure criteria. Then, burst pressure of the vessels are determinstically predicted using progressive damage modeling based on continu