یکی از خواص مهم کامپوزیت ها چقرمگی شکست آن ها است که به عوامل گوناگونی بستگی دارد. چسبندگی بین سطحی الیاف و زمینه از مهم ترین عوامل موثر بر آن است. میزان این چسبندگی با مطالعه ی تاثیر زاویه ی آرایش الیاف و سهم آن بر چقرمگی شکست قابل بررسی است. این هدف با محاسبه ی پارامتر شدت تنش (kic) از آزمون خمش سه نقطه ای به دست آمد. در این پژوهش، اثر نانو ذرات گرافن بر چقرمه شدن نانوکامپوزیت های بر پایه ی اپوکسی بررسی شد. با توجه به خواص ویژه ی گرافن به خصوص نسبت منظر و استحکام بالای آن، برای بهبود چقرمگی شکست به این کامپوزیت افزوده و سازوکارهای چقرمه کردن و شکست آن مطالعه گردید. با اعمال مقادیر مختلف گرافن، درصد بهینه ی آن برای دست یابی به بیش ترین چقرمگی شکست به دست آمد. با افزودن 0/4 درصد وزنی گرافن، پارامتر شدت تنش (kic) در کامپوزیت اپوکسی تقویت شده با الیاف کربن، که زاویه 22/5 درجه نسبت به شکاف دارند، 31 درصد و در نانو کامپوزیت اپوکسی 136 درصد افزایش یافت.

در میان انواع شرایط بارگذاری ممکن بر روی سازه¬های تهیه شده از مواد مرکب، بارگذاری خستگی یکی از مهمترین آنها¬ست. اگرچه خستگی مواد مرکب مدتها¬ست که مورد بررسی قرار دارد، اما هنوز این تحقیقات برای ارزیابی عمر خستگی و رفتار خستگی در تمام شرایط کافی نمی¬باشد و به بررسی بیشتر فرایندها و عوامل موثر در آنها نیازمند است. در اکثر روش¬های معرفی شده برای بررسی رفتار خستگی مواد کامپوزیت، لازم ا¬ست آزمایش¬های فراوانی انجام شود و روش¬های عددی و تحلیلی کمتر مورد استفاده قرار گرفته است. رایج¬ترین نوع آزمایش¬ها، آزمایش¬های خستگی کشش-کشش و کشش-فشار می¬باشند که در آن، لایه¬های ماده مرکب در معرض ایجاد و رشد یکسان آسیب قرار دارند. وضعیتی که در نوع بارگذاری خستگی خمشی کاملا" متفاوت است و درآن هر لایه شرایط خاص خود را بنا به موقعیت خود در لایه¬چینی، خواهد داشت حتی اگر لایه¬های ماده مرکب هم¬جنس و هم¬جهت باشند. در این وضعیت بارگذاری، تنش در راستای ضخامت لایه¬چینی متغیر ا¬ست. بنابراین لایه¬ها با تقدم و تاخر خاصی نسبت به هم دچار شکست و واماندگی می¬شوند. همچنین ترتیب چینش لایه¬ها در یک نمونه موجب خواهد شد تا یک ورق کامپوزیتی با زوایا و شرایط اولیه مشخص اما با چینش متفاوت، نسبت به یکدیگر دارای عمر خستگی متفاوتی باشند. در این پایان¬نامه ورق کامپوزیتی تحت بار خستگی ناشی از بار خمشی، با استفاده از تئوری کاهش استحکام مدل ¬سازی شده و اثر زاویه¬ی الیاف و چینش لایه¬ها در عمر خستگی آن مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا خیز ورق تحت بار خمشی با استفاده از تئوری ناویر برای شرط مرزی تکیه¬گاه ساده بدست آمده و توزیع تنش در لایه ¬های کامپوزیت با استفاده از این حل استخراج شده است. سپس با استفاده از تئوری کاهش استحکام بروتمن و ساها، میزان کاهش استحکام و سفتی برای هر لایه در هر مرحله از بارگذاری، بدست آمده و مقادیر جدید بدست آمده برای استحکام و مدول هر لایه، در سیکل بعدی بارگذاری مورد استفاده قرار گرفته است. این مراحل تکرار شده است تا سرانجام تک¬تک لایه¬ها در راستای الیاف و ماتریس شروع به خستگی و شکست ¬نمایند. در این مرحله از تئوری قاعده¬ی کاهش ناگهانی برای مدل کردن شکست یک لایه از لایه¬های کامپوزیت استفاده شده است. در حل مساله، فرآیند شکست لایه ¬ها تا زمان شکست ناگهانی کل ورق کامپوزیتی ادامه می ¬یابد. با استفاده از این مدل میزان عمر خستگی تک¬تک لایه¬ها و اثرات شکست یک لایه بر رفتار لایه ¬های دیگر تا رسیدن به شکست نهایی کل سازه مورد بررسی قرار گرفته است. در قسمت نتایج عددی با کدنویسی در نرم افزار مطلب، عمر خستگی برای ورق کامپوزیتی از جنس گرافیت-اپوکسی با زوایای مختلف و چینش متفاوت لایه ¬ها مورد بررسی قرار گرفته است و نتایج حاصله با یکدیگر مقایسه شده است.

در طی سال های اخیر استفاده از مواد کامپوزیتی به خصوص در صنایع خودرو سازی، هوافضا و صنایع مرتبط با وسایل ورزشی، بسیار رواج یافته است. به طور معمول مواد کامپوزیتی از دو فاز تشکیل شده است که به طور فیزیکی، مجزا از یکدیگر می¬باشند. از جمله انواع کامپوزیت¬ها، کامپوزیت¬های طبیعی هستند. این دسته از کامپوزیت¬ها کامپوزیت¬هایی هستند که بر خلاف کامپوزیت¬های معمول که با الیاف مصنوعی تقویت می¬شوند، با الیافی تقویت شده¬اند که در طبیعت یافت می¬شوند و تجدیدپذیر می¬باشند. کامپوزیت های چوب پلاستیک (wood plastic composites, wpc)، از جمله مواد کامپوزیتی طبیعی هستند که برای تقویت آن¬ها از الیلاف چوب استفاده شده است. استفاده از کامپوزیت¬های چوب پلاستیک به علت مزایای بسیار آن، مانند هزینه کم ساخت، استحکام و سفتی ویژه مناسب و دسترسی آسان به مواد اولیه الیاف آن، بسیار به صرفه می باشد. در این پایان¬نامه کامپوزیت¬های چوب پلاستیکی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است که الیاف آن از چوب درخت زیتون و راش گرفته شده وبه دو گونه ذره¬ای و الیاف کوتاه مورد تجزیه تحلیل قرار گرفته اند. یک سلول واحد (unit cell, representative volume element, rve) از این کامپوزیت با نرم¬افزار abaqus در مقیاس میکرو شبیه¬سازی شده است و از روش همگن¬سازی میانگین¬گیری جهات الیاف (orientation averaging homogenization ) ، تنسور سفتی کامپوزیت با درصد الیاف بالا، در مقیاس ماکرو با دقت بسیار خوبی در قیاس با نتایج آزمایشگاهی پیش¬بینی شده است.

در این پایان نامه تنش های برون صفحهای در پوسته استوانهای کامپوزیتی با استفاده از تئوری لایه ای ردی مورد بررسی قرار گرفته است. بار گذاری اعمالی به صورت نیروی گریز از مرکز ناشی از دوران می باشد. شرایط مرزی به دو صورت تکیه گاه آزاد و تکیه گاه گیر دار مورد بررسی قرار گرفته است. معادلات مربوط به تئوری لایه ای ردی برای صفحه کامپوزیتی و پوسته استوانه ای دوار ارائه شده است. میدان جابجایی با استفاده از روابط الاستیسیته در نظر گرفته شده و با استفاده از اصل همیلتون روابط حاکم بر مسئله به دست آمده است. برای حل مسئله تبدیل متغیر خاصی در نظر گرفته شده است که با استفاده از آن دستگاه معادلات دیفرانسیل به دو دستگاه معادلات دیفرانسیلی به فرم ماتریسی تبدیل شده است. با جداسازی معادلات، حل تحلیلی برای معادلات حاکم ارائه شده است. با اعمال شرایط مرزی حل مسئله کامل شده است. سپس تنش های میان لایه ای در پوسته کامپوزیتی استوانه ای دوار با دو روش استفاده از قانون هوک و انتگرالگیری از معادلات حاکم محاسبه شده است. برای صحه گذاری نتایج ابتدا تنش های میان لایه ای در صفحه کامپوزیتی مورد بررسی قرار گرفته است و سپس این نتایج برای پوسته استوانه ای دوار با نتایج المان محدود مقایسه شده است. مقایسه نتایج بیانگر دقت تئوری لایه ای در محاسبه تنش های میان لایه ای است. اثرات هندسه پوسته استوانه ای کامپوزیتی، سرعت دوران آن و نوع لایه گذاری بر تنش های میان لایه ای مورد بررسی قرار گرفته است. با استفاده از تئوری تسای- هیل احتمال ورقه ورقه شدن لایه ها مورد بررسی قرار گرفته است. بدین صورت می توان جدایش لایه های کامپوزیت را پیشبینی کرده و از وقوع آن جلوگیری نمود.

در این پایان¬نامه تحلیل گذرای ضربه سرعت پایین در ورق‏های نازک و ضخیم با استفاده از ‏روش المان محدود انجام شده است. معادلات حاکم بر ورق کامپوزیتی بر اساس دو تئوری ‏کلاسیک و تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول با استفاده از روش گلرکین منفصل شده و فرم ‏المان محدود معادلات استخراج گردیده است و سپس ماتریس جرم، ماتریس سفتی و ماتریس ‏نیرو برای هر دو تئوری مذکور بدست آمده و کد مربوطه با استفاده از نرم¬افزار ‏matlab‏ ‏نوشته شده است. سپس مساله برخورد یک ضربه زننده‏کروی شکل با ورق فلزی و کامپوزیت-‏های ارتوتروپ چندلایه مورد بررسی قرار گرفته است. نیروی برخورد با استفاده از قانون تماس ‏هرتز مدل شده است. اثر جرم ضربه¬زننده در معادلات در¬نظر گرفته شده است و معادلات ‏حرکت حاکم بر ورق و ضربه¬زننده به صورت کوپل با یکدیگر و با استفاده از دو روش انتگرال-‏گیری عددی نیومارک و روش نیکلسون حل و نیز تغییرات ثابت¬های ? و ? بر روی نتایج مورد ‏مطالعه قرار گرفته و مقدار مناسب برای این ثابت¬ها انتخاب شده است. نتایج حاصل از نوع ‏مدلسازی المان محدود انجام شده طبق دو تئوری کلاسیک و تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول ‏برای ورق تحت بارگذاری استاتیکی و نیز ضربه سرعت پایین با نتایج دیگر محققان مقایسه و ‏صحت آن تایید گردیده است.‏ اثر ضربه سرعت پایین بر روی ورق¬های نازک و ضخیم تحت شرایط مرزی مختلف از ‏جمله شرایط مرزی ترکیبی و همچنین اثر تغییرات پارامترهای مختلف نظیر جرم و سرعت ‏ضربه¬زننده، ابعاد ورق، تعداد و جنس لایه¬ها و دیگر پارامترها بر روی جابجایی ورق و ضربه-‏زننده، انرژی جنبشی ضربه‏زننده، میزان نفوذ ضربه‏زننده در ورق و بسیاری از موارد دیگر مورد ‏مطالعه قرار گرفته است. انتشار امواج ناشی از ضربه در ورق به دقت مورد بررسی قرار گرفته و ‏نیز زمان و چگونگی رسیدن امواج انتشار یافته به مرزها تحت شرایط مرزی مختلف استخراج ‏گردیده است.‏

هدف از این مطالعه شناسایی اثرات استفاده از نانو الیاف برروی خصوصیات کامپوزیت¬های تقویت شده با فیبر تکی کربن و همچنین تاثیر استفاده از نانو الیاف برروی پارامترهای آکوستیک امیشن تحت آزمایش جدایش لایه¬ای با الگوریتم های کی مینز،کی مینز به همراه روش بهینه سازی الگوریتم ژنتیک، کی مینز به همراه روش بهینه سازی رقابت استعماری وفازی می باشد. یکی از اصلی ترین مشکلات شناسایی مکانیزم های خرابی کامپوزیت¬ها به وسیله سیگنال¬های آکوستیک امیشن جدا سازی مکانیزم¬های خرابی به علت اتفاق افتادن چندین نوع خرابی در طول بارگذاری مواد کامپوزیتی است. این الگوریتم¬ها ابزار مورد استفاده برای جداسازی رخدادهای آکوستیکی در این مطالعه می باشند. نتایج نشان داده که این روش¬های خوشه بندی ارتباط مناسبی بین سیگنال های آکوستیکی با مکانیزم های خرابی و زمان تشخیص انها ایجاد می کند. در این مطالعه برای شناسایی اثرات استفاده از نانوالیاف از چندین توصیف گر سیگنال¬های آکوستیکی مانند دامنه ، زمان استمرار، کانت، انرژی آکوستیک امیشن،rms و زمان خیز استفاده گردیده است. با مقایسه داده¬های آکوستیکی بدست آمده از کامپوزیت کربن / اپوکسی و نتایج حاصله از کامپوزیت کربن / اپوکسی تقویت شده با نانو الیاف، بازه آکوستیکی دامنه مکانیزم های خرابی در این نمونه¬ها تغییری¬نمی کند

در این پروژه با استفاده از مدل سازی میکرومکانیکی به بررسی مدل های خرابی ماده مرکب زمینه فلزی سیلیکان کارباید-تیتانیوم در دمای محیط پرداخته شده است. این بررسی تحت بارگذاری های عمودی تک محوره و دو محوره در حضور تنش های پسماند و بدون تنش های پسماند در جهت الیاف و در جهت عمود بر الیاف می باشد. مدل خرابی ماده مرکب زمینه فلزی، جدایش الیاف و زمینه می باشد که هر کدام زودتر اتفاق بیفتد عامل خرابی ماده مرکب می باشد. نتایج نشان می دهد که با توجه به منحنی های شروع خرابی به دست آمده در بارگذاری های مختلف شکست کامپوزیت ناشی از تسلیم زمینه می باشد. منحنی شروع خرابی ماده مرکب بدون در نظر گرفتن تنش های پسماند و با در نظر گرفتن این تنش ها رسم شد. نتایج نشان می دهد که تنش های پسماند باعث می شوند که منحنی شروع خرابی در صفحه عمود بر جهت الیاف به صورت غیر صلب در جهت و حرکت می کند، که علت این پدیده فشاری بودن تنش های پسماند حرارتی شعاعی می باشد که منجر به فشرده شدن زمینه به الیاف می شود. این تنش های پسماند فشاری منجر به تأخیر افتادن خرابی کامپوزیت در کشش جانبی می شود و منحنی شروع تسلیم در صفحه به صورت غیر صلب در جهت حرکت می کند ( 3 جهت الیاف را نشان می-دهد)، که علت این پدیده را می توان در کششی بودن تنش پسماند محوری در زمینه دانست.

در این پایان نامه مدل میکرومکانیکی بر مبنای المان حجمی نماینده برای بررسی شروع و گسترش خرابی در مواد کامپوزیتی ارائه شده است. برای حل المان حجمی نماینده از روش المان محدود استفاده شده است. برای این حل، المان های مثلثی سه گره ای بکار رفته و ماتریس های سفتی المان ها استخراج شده و سپس مراحل حل مساله در نرم افزار متلب کدنویسی و نتایج عددی بدست آمده است. برای مدل‏سازی و بررسی رفتار خستگی مواد کامپوزیتی در مقیاس میکرو از تئوری های کاهش تدریجی سفتی و استحکام تحت بارگذاری خستگی استفاده خواهد شد. در این تحقیق از منحنی های s-n جهت پیش بینی عمر خستگی استفاده شده است. همچنین با استفاده از فرض کرنش صفحه ای ماتریس های سفتی و بردار نیرو را بدست آورده سپس جابه جایی هر یک از گره ها و تنش های میکرومکانیکی داخل المان حجمی نماینده با استفاده از روش المان محدود محاسبه شده است. و در نهایت از تئوری های کاهش تدریجی مدول سفتی و استحکام بروتمن و ساها، میزان کاهش مدول سفتی و استحکام هر یک از المان ها محاسبه شده و مقادیر جدید بدست آمده در سیکل بعدی بارگذاری مورد استفاده قرار می گیرد. سپس با استفاده از ضرایب تقویت تنش موجود برای هر المان، استحکام باقیمانده المان نماینده بدست آمده است. این مراحل در هر سیکل تکرار شده تا المان ها دچار خرابی و شکست شود. با ادامه یافتن بارگذاری تعداد المان های شکسته شده افزایش یافته یعنی ناحیه خرابی بیشتر می شود تا اینکه درنهایت به شکست نهایی منجر شود.

در این پایان نامه تحلیل ضربه سرعت پایین در ورق با استفاده از روش المان محدود انجام شده است. معادلات حاکم بر ورق کامپوزیتی براساس تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول با استفاده از روش ریتز منفصل شده و فرم المان محدود معادلات استخراج شده است و در نهایت ماتریس های جرم، سفتی و نیرو برای تئوری مذکور بدست آمده و در کد مربوطه با استفاده از نرم افزار متلب اعمال شده است. نیروی برخورد بین ضربه زننده کروی و ورق با استفاده از قانون تماس اصلاح شده ی هرتز محاسبه شده است. اثر جرم ضربه زننده در معادلات در نظر گرفته شده است و معادلات حرکت حاکم بر ورق و ضربه زننده به صورت کوپل با یکدیگر و با استفاده از روش انتگرال گیری عددی نیومارک حل شده است. نتایج حاصل از مدل سازی المان محدود انجام شده طبق تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول برای ورق تحت بارگذاری استاتیکی و نیز ضربه سرعت پایین با نتایج دیگر محققان مقایسه و صحت آن تایید گردیده است. اثر ضربه سرعت پایین بر روی ورق کامپوزیتی تحت شرایط مرزی مختلف و همچنین اثر تغییرات پارامترهای مختلف نظیر جرم و سرعت ضربه زننده، ابعاد ورق، جنس لایه و ضخامت لایه ها و سایر پارامترها بر روی نیرو، جابجایی ورق، تنش ها به دقت مورد بررسی قرار گرفته است.