مطالعه و بررسی اثر بارگذاری دینامیکی و ضربه ای روی سازه های کامپوزیتی

سازه های کامپوزیتی در حوزه سازه های پیشرفته و نوین در طراحی مهندسی می باشند و به دلیل اینکه ویژگی هایی چون نسبت استحکام بالا،مقاومت در مقابل خوردگی،امکان ساخت قطعات با اشکال پیچیده،تنوع مواد و روش های ساخت و امکان ترکیب خواص بهینه را دارند،از نظر بررسی و طراحی و ساخت برای قطعات تحت بارگذاری دینامیکی و ضربه ای ضرورت پیدا می کنند. مواد فولادی و آلومینیومی به دلیل چگالی بالا در حوزه های مهندسی کاربردهایشان را در حال کاهش می بینند.مسئله ای که در طراحی سازه ها مطرح می شود، مسئله کاهش هزینه حمل و نقل می باشد و به این دلیل کاهش وزن سازه مقوله مهم در طراحی می باشد.در عمل دیده شده است که سازه های فلزی به دلیل نیاز به اتصالات ،در مقابل ضربه و بار گذاری دینامیکی رفتار ایمن از خود نشان نمی دهد و این مورد در کامپوزیت ها به دلیل کاهش اتصالات، کمتر دیده می شود.در این تحقیق،به بررسی عددی به روش اجزای محدود، پدیده برخورد بر روی سازه های کامپوزیتی از جنس گرافیت-اپوکسی پرداخته شده است. هدف نهایی که در این پایان نامه مورد توجه قرار گرفته است، بررسی رفتار کامپوزیت ها با اشکال مختلف در مقابل پدیده ضربه می باشد. در فصل اول به مطالعه مواد کامپوزیتی و انواع مختلف و خواص آنها پرداخته شده است.در فصل دوم به بررسی عددی پدیده برخورد بر روی ورق های کامپوزیتی با اشکال هندسی متفاوت که همه آنها دارای وزن و ماده یکسانی با چیدمان لایه ای یکسان می باشند،پرداخته شده است و بهترین شکل هندسی که بتواند کمترین تنش و کرنش و نیروی تماسی را در اثر برخورد گلوله شاهد باشد،یافت می گردد. در فصل سوم با یافتن بهترین شکل هندسی که در فصل دوم انجام شد،انواع چیدمان لایه ای آزمایش عددی می گردد و بهترین چیدمان لایه ای برای میل یافتن به کمترین تنش و کرنش و نیروی تماسی انجام می گردد.در فصل چهارم مدل آلومینیومی با در نظر گرفتن شکل هندسی که در فصل دوم یافت شده است مورد تحلیل قرار می گیرد و با بهترین مدل یافت شده کامپوزیتی در فصل سوم مقایسه می گردد.در فصل پنجم به بررسی پدیده برخورد بر روی سازه کامپوزیتی متشکل از آلومنیوم و گرافیت-اپوکسی با در نظر گرفتن شکل هندسی که در فصل دوم به عنوان بهترین شکل یافت شد،پرداخته می شود و با مدل فصل چهارم و بهترین مدل فصل سوم مورد مقایسه قرار می گیرد .در فصل ششم با الهام از نتایج بدست آمده در فصول قبل به نتیجه گیری و بیان پیشنهاد برای افزایش کارایی سازه کامپوزیتی پرداخته شده است. در فصل دوم این پایان نامه دیده می شود که در بین اشکال با هندسه های گوناگون که تحت اثر ضربه گلوله کروی قرار گرفته اند،سطح مقطع مثلثی متساوی الاضلاع دارای راندمان بالاتری از لحاظ حفظ پایداری سازه با در نظر گرفتن معیارهای کرنش متوسط و تنش متوسط می باشد.در فصل سوم دیده می شود که چیدمان با لایه هایی که زاویه بندی الیاف تغییر می کند و الیاف زوایای عمود بر هم را می سازند،راندمان و کارایی بالاتری از لحاظ حفظ پایداری سازه با در نظر گرفتن معیارهای کرنش متوسط و تنش متوسط از خود نشان می دهند.در دو فصل جهارم و پنجم دیده می شود افزودن لایه های آلومینیومی به نحوی که در وزن نهایی سازه تغییری ایجاد نشود،راندمان و کارایی سازه را در مقابل اثر ضربه از لحاظ حفظ پایداری سازه با در نظر گرفتن معیارهای کرنش متوسط و تنش متوسط افزایش می دهد. در زمینه حل های عددی که به روش المان محدود صورت گرفته است،این نکته قابل توجه می باشد که تمانی حل ها بر اساس حل حالت گذار با در نظر گرفتن تمامی ماتریس های سختی سازه انجام شده است و با سعی و خطا زمان برخورد تا همگرایی جواب ادامه یافته است.حل تمامی قسمت ها به روش غیر خطی و در حوزه تغییر شکل های بزرگ صورت گرفته است.