بررسی اثرات اندازه در مواد کامپوزیتی با استفاده از تئوری های پلاستیسیته ی گرادیانی

مشاهدات آزمایشگاهی سال های اخیر نشان داده است که مقاومت و رفتار سخت شوندگی ماده در مقیاس میکرو و پایین تر از آن، علاوه بر ساختار ریز مقیاس ماده، به ابعاد سازه نیز وابسته می باشد. همین امر باعث شده است که تئوری های مختلف پلاستیسیته در سال های اخیر برای پیش بینی اثرات اندازه پیشنهاد شوند و توسعه های قابل ملاحظه ای داشته باشند. در این تحقیق، از تئوری پلاستیسیته گرادیان کرنشی cmsg و تئوری گرادیان تنشی برای پیش بینی اثرات اندازه استفاده می شود. فرمول بندی کلی در این تئوری ها مشابه فرمول بندی تئوری پلاستیسته ی مرسوم می باشد و به سادگی در قالب روش اجزای محدود قابل استفاده هستند. نرم افزار آباکوس این امکان را فراهم نموده است که کاربر بتواند معادلات ساختاری را توسط یک زیربرنامه به زبان فرترن موسوم به umat به نرم افزار معرفی نماید تا نرم افزار در فرآیند آنالیز از این معادلات ساختاری استفاده نماید. در تحقیق حاضر، زیربرنامه umat مربوط به تئوری cmsg فرمول بندی و تهیه می شود تا برای بررسی اثر اندازه، شکل هندسی و جهت گیری ذرات در رفتار ماده ی کامپوزیتی مورد استفاده قرار می گیرد. نتایج حاصل از تحلیل های عددی برای پیش بینی اثر اندازه تطابق مناسبی با نتایج آزمایشگاهی موجود در ادبیات فنی دارند. نتایج حاصل از بررسی اثر شکل هندسی وجهت گیری ذرات با استفاده از تئوری cmsg نشان می دهد که حساسیت سخت شوندگی به شکل هندسی وجهت گیری ذرات در ماده ی کامپوزیتی با قطرهای پایین تر بیشتر است و همچنین اثر جهت گیری ذرات (با نسبت طول به عرض چهار) بر روی سخت شوندگی به مراتب بیشتر از گوشه دار شدن این ذرات است. بعلاوه، اثر اندازه در رفتار مکانیکی مواد کامپوزیتی با استفاده از تئوری گرادیان تنشی مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که این تئوری می تواند اثر اندازه ذرات در مواد کامپوزیتی را در انطباق با نتایج آزمایشگاهی پیش بینی نماید.