بررسی اثر ویسکوالاستیسیته بر روی توزیع تنش در اتصال های مواد مرکب پلیمری

در این پایان نامه، اثر رفتار ویسکوالاستیک مواد بر روی توزیع تنش اتصال های مواد مرکب پلیمری مورد بررسی قرار گرفته است. به علت پلیمری بودن جنس ماتریس و چسب، رفتار آن ها به صورت ویسکوالاستیک در نظر گرفته شده است. جنس فیبرها نیز به صورت الاستیک فرض گردیده است. در این بررسی، مواد مرکب به صورت ورق های تک لایه و چندلایه ی تقویت شده با فیبرهای بلند هم جهت با راستای طولی ورق فرض گردیده اند. با توجه به اختلاف زیاد سختی فیبر و ماتریس، از تئوری شیرلگ در این تحقیق استفاده گردیده است. سه بررسی جداگانه بر روی اتصال های چسبی، اتصال های پینی و بار گذرای ناشی از ایجاد ترک در مواد مرکب مورد بررسی قرار گرفته است. در بررسی اتصال های چسبی، بار کششی به چسب شوند ه ها اعمال گردیده است که باعث به وجود آمدن برش خالص در لایه ی چسب می گردد. در این بخش، ابتدا از مدل کلاسیک دو بعدی اتصال های چسبی استفاده و تنها ویسکوالاستیسیته چسب در این مدل وارد گردیده است. با استفاده از روشی تحلیلی و به کمک تبدیل لاپلاس، رابطه های حاکم بر لایه ی چسب در فضای لاپلاس استخراج گردیده و برای انجام تبدیل معکوس لاپلاس و بازگرداندن رابطه ها به حوزه ی زمان از قضیه ی مانده ها استفاده شده است. سپس، اثر ترک ناشی از بریده شدن فیبرها در اتصال چسبی ورق های تک لایه و چندلایه ی مرکب با استفاده از مدل سازی میکرومکانیکی مورد بررسی قرار گرفته است. علاوه بر چسب، ماتریس ماده مرکب نیز در این بخش به صورت ویسکوالاستیک فرض گردیده است. با به کارگیری تبدیل لاپلاس، معادله های حاکم استخراج شده به صورت تحلیلی در حوزه ی لاپلاس حل شده است. سپس به کمک الگوریتم های عددی تبدیل لاپلاس معکوس، رابطه های حاکم در حوزه ی زمان به دست آورده شده اند. برای تصدیق روش ارایه شده، پاسخ های به دست آمده در هر مرحله با نتیجه های حاصل از روش المان محدود به کمک نرم افزار انسیس مقایسه شده است، به طوری که تطابق خوبی بین این دو دسته از پاسخ ها مشاهده شده است. نتیجه ها نشان می دهد که افزایش زمان باعث کاهش تنش برشی در لایه ی چسب گردیده و بیشینه ی آن را که در لبه های ناحیه ی چسبی اتفاق می افتد، کاهش می دهد. علیرغم بی تاثیر بودن جابه جایی مکان ترک در ناحیه ی میانی محدوده ی چسبی، نزدیک شدن زیاد مکان ترک به لبه ها باعث افزایش تمرکز تنش برشی در زیر ترک و نیز افزایش تنش برشی بیشینه در لبه ی مقابل می گردد. همچنین، گذر زمان باعث افزایش تمرکز بار محوری در فیبر کنار ترک می گردد. افزایش کسری حجمی فیبرها در چندلایه ها نیز باعث افزایش تنش برشی در چسب می گردد. در بخش بعدی، تحلیلی میکرومکانیکی برای بررسی اتصال های پینی ورق های تک لایه و چندلایه ی مرکب به کار برده شده است. به کمک تبدیل لاپلاس و روشی تحلیلی، معادله های حاکم بر مدل استخراج و به کمک الگوریتم های عددی تبدیل لاپلاس معکوس در حوزه ی زمان به دست آورده شده اند. در این بررسی، اثر لقی پین و نیز دو مود مکانیزم شکست برش دوطرفه و کشش خالص بر روی توزیع تنش وابسته به زمان در این اتصال مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتیجه های به دست آمده در این بخش نیز با نتیجه های به دست آورده شده از روش المان محدود صحت سنجی گردیده است. نتیجه های به دست آمده نشان می دهد که در مقطع های زمانی بالاتر، بار کششی بیشینه در فیبر سالم همسایه ی سوراخ پین بزرگ تر گردیده و مقدار بار کششی در فیبرهای دورتر از سوراخ پین دچار کاهش به نسبت اندکی می شوند. علاوه براین، اثر پارامترهای هندسی همچون نسبت قطر سوراخ پین به عرض ورق و نیز فاصله ی بین مرکز سوراخ پین تا لبه ها بر روی توزیع بار وابسته به زمان بررسی شده است. در بخش پایانی، اثر ویسکوالاستیسیته ی ماتریس ماده ی مرکب بر روی توزیع بار گذرای ناشی از ایجاد گسیختگی در فیبرها مطالعه گردیده است. در این بررسی از دو روش تفاضل محدود و تابع تاثیر استفاده شده است. پاسخ های به دست آمده نشان دهنده ی آن است که رفتار ویسکوالاستیک ماتریس باعث کاهش ضریب تمرکز بار دینامیکی گردیده و ضریب تمرکز بار در حالت پایدار را تا حدودی افزایش می دهد. همچنین، افزایش تعداد فیبرهای بریده شده به وسیله ی ترک، باعث افزایش ضریب تمرکز بار دینامیکی و حالت پایدار می گردد.