فهرست مطالب
عنوان صفحه
فهرست شکل‌‌ها ج
فصل 1- مقدمه 1
1-1- بیان مسئله 1
1-2- اهداف تحقیق 3
فصل 2- مروری بر کامپوزیت ها و روابط ساختاری آنها 5
2-1- تعریف کامپوزیت 5
2-2- تاریخچه کامپوزیتها 5
2-3- مزایای استفاده ازکامپوزیت ها 6
2-4- کاربرد کامپوزیتها 7
2-5- طبقه بندی کامپوزیتها 9
2-5-1- کامپوزیتهای ذره ای(تقویت شده باذرات 9
2-5-2- کامپوزیتهای لیفی(تقویت شده باالیاف) 10
2-6- انواع الیاف مورداستفاده درکامپوزیت ها 11
2-6-1- الیاف شیشه: 11
2-6-2- الیاف کربن 12
2-6-3- الیاف آرامید (کولار) 12
2-6-4- الیاف برن (Boron ) 13
2-6-5- الیاف پلی اتیلن 13
2-6-6- الیاف سرامیکی 13
2-6-7- الیاف فلزی 13
2-7- ماتریس های پلیمری 14
2-7-1- ماتریس اپوکسی 14
2-7-2- ماتریس پلی استر 15
2-7-3- ماتریس فنولیک 16
2-8- معادلات ساختاری کامپوزیت ها 16
2-8-1- قانون عمومی هوک 16
2-9- تقارن مواد 19
2-9-1- مواد منوکلینیک 19
2-9-2- مواد اورتوتروپیک 22
2-9-3- ایزوتروپ جانبی 24
2-9-4- مواد ایزوتروپ 25
2-10- ثابتهای مهندسی 26
2-11- ماتریس های سفتی در یک لمینیت 30
2-12- ثابت های مهندسی یک لایه چینی 32
2-13- ثابت های مهندسی درون صفحه ای یک چندلایه 33
2-13-1- ثابت های کششی یک چند لایه [6] 33
2-13-2- ثابت های خمشی یک چندلایه[6] 34
فصل 3- سازه های مشبک کامپوزیتی 35
3-1- پیشگفتار 35
3-2- مواد تشکیل دهنده ی سازه های مشبک کامپوزیتی 35
3-3- تقسیم بندی سازه های مشبک کامپوزیتی 37
3-4- تاریخچه ی استفاده از سازه های مشبک کامپوزیتی 38
3-5- فرایند ساخت سازه های مشبک کامپوزیتی 39
3-6- موارد کاربرد سازه های مشبک کامپوزیتی 41
3-6-1- صنایع فضایی 41
3-6-2- صنایع هوایی 42
3-6-3- صنایع کشتی سازی 42
3-6-4- صنایع قایق سازی 43
3-6-5- سازه های دارای گشودگی 43
3-7- جمع بندی 44
فصل 4- فصل دوم: پیشینه تحقیق 45
4-1- مقدمه 45
4-2- روش تجربی 45
4-2-1- سازه های کامل 45
4-3- سازه های با گشودگی 51
4-4- روش تحلیلی 58
4-4-1- سازه های با گشودگی 58
4-5- جمع بندی 67
فهرست مراجع 68
فهرست شکل‌‌ها
عنوان صفحه
شکل 1 1: نمونه هایی ازکاربرد کامپوزیت هادرصنایع مختلف 8
شکل 1 2: تقارن نسبت به صفحه x1-x2 20
شکل 1 3: لایه تک جهته off axis 22
شکل 1 4: تقارن نسبت به صفحات x1-x2 و x2-x3 23
شکل 1 5: کامپوزیت اورتوتروپ 24
شکل 1 6: ماده ایزوتروپ جانبی 25
شکل 1 7: ثابتهای مهندسی برای مواد ایزوتروپ عرضی 28
شکل 1 8: پارامترهای مختلف مربوط به یک لایه چینی []. 30
شکل 1 1: سلول واحد 37
شکل 1 2: برج رادیویی مسکو 38
شکل 1 3: کاربرد سازه های مشبک در صنایع فضایی 42
شکل 2 1: پنل مشبک تقویت شده a): مدل اولیه ، b): مدل مسلح شده با فوم 71 IG Rohacell [11] 46
شکل 2 2: نمودار بار- کرنش ارائه شده توسط بیسکنر a): مدل اولیه ، b): مدل مسلح شده با فوم 71 IG Rohacell 47
شکل 2 3: نحوه ی ساخت نمونه های درهم بافته شده برای تست در تحقیق N. Akkus [12] 48
شکل 2 4: محل قرارگیری کرنش سنج ها در تست خمش [12] 49
شکل 2 5: نمودار کرنش- بار برای تیر بالا و پایین (12) 50
شکل 2 6: نمودار کرنش- بار برای ریب ها (12) 50
شکل 2 7:نمونه ی بررسی شده توسط هان [13] برای تست تجربی 52
شکل 2 8: نمودار بار- ضریب تمرکز کرنش در تحقیق هان (13) 52
شکل 2 9: آزمایش تجربی صورت گرفته توسط چانگ (2) 53
شکل 2 10: نتایج تجربی نمودار ضریب تمرکز تنش-نسبت شعاع برای سطح داخلی و خارجی پوسته [2] 54
شکل 2 11: نمونه مورد مطالعه در تحقیق نلسون 55
شکل 2 12: نمودار کرنش- بار حاصل از آزمایش تجربی نلسون [14] 55
شکل 2 13: مدل تغییر شکل یافته از دو تحلیل تجربی و عددی نلسون (14) 56
شکل 2 14: ورق نامحدود با گشودگی بیضوی 58
شکل 2 15: شکل شماتیک از ورق دارای گشودگی دایروی 63
شکل 2 16:پوسته ی ایزوتروپ دارای گشودگی دایروی تحت بارگذاری کششی [] 64
پوسته های استوانه ای مشبک کامپوزیتی بخاطر دارا بودن فوایدی همچون سفتی بالا، سبکی وخواص مقاومت به خوردگی، امروزه بطور وسیعی در صنایع هواپیماسازی، صنایع موشکی و دریایی مورد استفاده قرار میگیرند. در بعضی موارد مانند سازه موشکی، این پوسته ها به صورت پوسته ی استوانه ای یا مخروطی ساخته شده و تحت بار محوری فشاری قرارمیگیرند. بدین ترتیب، پایداری سازه های مخروطی و استوانه ای تحت نیروهای خارجی یک مسئله حائز اهمیت برای طراحی راکت، مخازن تحت فشار، پوسته های موتور راکت و تانکرهای گاز میباشد.
یک سازه کامپوزیتی مشبک را میتوان حاصل قرارگیری ریبهای کامپوزیتی متصل به یکدیگر که تشکیل یک مجموعه پیوسته را به صورت 2 بعدی (صفحه ای) یا 3 بعدی (فضایی) میدهند، دانست. این مجموعه از ریبها که شکل شبکه ای به سازه میدهند از الیاف پیوسته، چقرمه، سفت و مستحکم تشکیل شده اند. بدین ترتیب سازه های کامپوزیتی مشبک به دلیل داشتن استحکام بالا، نسبت وزنی کم، انعطاف پذیری در طراحی دارای قابلیتهای کاربردی بیشتری نسبت به سازه های فلزی میباشند.
عموما از سازه های مشبک کامپوزیت برای تحمل بارهای فشاری محوری استفاده می شود ، وجود شبکه باعث می شود که مسیر بارهای تخریبی در نقاط آسیب دیده تغییر یابد . در این سازه ها عموما الیاف که اجزای اصلی ریب ها را تشکیل می دهند و به صورت متحد در راستای ریب قرار می گیرند که این کار از پدیده ی تورق در آنها جلوگیری می کند. خواص منحصر بفرد مواد مرکب از جمله ی مقاومت و سفتی مخصوص بالا ، مقاومت بالا در برابر خوردگی، خستگی و عایق در برابر میدان الکترومغناطیس باعث استفاده ی رو به رشد این مواد شده است .
در این مواد همانند تمامی مواد مرکب، فایبرها تحمل کننده ی اصلی بار می باشند و مواد زمینه به عنوان نگهدارنده ی فایبرها در کنار هم عمل می کنند. از طرف دیگر انتقال دهنده ی بار بین فایبرها می باشند و از فایبرها در برابر آسیب محیطی و خوردگی محافظت به عمل می آورند. شیشه ی نوع E پرکاربرد ترین استحکام دهنده در مواد مرکب است . جایی که به مدول بیشتری نسبت به شیشه نیاز است از الیاف کربن استفاده می شود. مواد زمینه در مواد مرکب بسته به نوع کاربرد از جنس پلیمر ، فلز یا سرامیک استفاده می شوند. رتبه ی اول در این مواد زمینه به پلیمرها اختصاص دارد . اجزای اصلی این سازه مشبک شامل گره ها، ریبها و سلول واحد میباشد. معمولاً هر سازه از تکرار چند سلول واحد تشکیل شده و استحکام سازه های مشبک کامپوزیتی رابطه مستقیم با این واحدها دارد، ضمناً محل برخورد ریبها، گره نامیده میشود.
سازه های مشبک کامپوزیتی را میتوان براساس جهات قرارگیری ریبها به صورت زیر تقسیم بندی نمود:
-1 سازه های مشبک کامپوزیتی شامل ریبهای محیطی، طولی و مایل
-2 سازه های مشبک کامپوزیتی شامل ریبهای محیطی و مایل
-3 سازه های مشبک کامپوزیتی شامل ریبهای مایل
-4 سازه های مشبک کامپوزیتی شامل ریبهای محیطی و طولی
بسته به نوع کاربرد این سازه ها ریبها را از جهات مختلف قرار می دهند عموما ریبهای طولی و مایل بارهای محوری را تحمل می کنند ، ریبهای محیطی هم نقش بسزایی در جلوگیری از چروکیدگی پوسته دارند و قسمتی از بار وارده محوری را هم تحمل می کنند .
