مدل سازی گرمایی و مکانیکی دو مقیاسی کامپوزیت سیلیکون کاربید - کربن برای بیشینه سازی ضریب هدایت گرمایی در جهت محوری

کامپوزیت ها از نظر ساختار اجزاء تشکیل دهنده، دارای انواع مختلفی مانند لایه ای و تقویت شده با الیاف می باشند که به دلیل تأثیر گذاری بیشتر در خواص، نوع تقویت شده با الیاف آن کاربرد بیشتری دارد. از آن جایی که فرآیند شکل دهی این مواد بسیار زمان بر بوده و مستلزم صرف هزینه های قابل توجه می باشد، مدل سازی گرمایی و مکانیکی این گونه مواد، می تواند جهت دستیابی به چیدمان بهینه و حصول ویژگی های گرمایی و مکانیکی مناسب، کمکی شایان توجه نماید. از این رو در پژوهش حاضر، به مدل سازی و بهینه سازی ویژگی های مکانیکی و گرمایی کامپوزیت سیلیکون کاربید - کربن پرداخته شده است، که در آن الیاف پیوسته کربن، فاز تقویت کننده و سیلیکون کاربید نقش زمینه را ایفا می نماید. مدل سازی گرمایی و مکانیکی کامپوزیت های تقویت شده با الیاف، به دلیل تفاوت مقیاس اجزاء تشکیل دهنده کامپوزیت با کامپوزیت شکل گرفته، بسیار پیچیده بوده و نیازمند به کار گیری ابرکامپیوترها می باشد. در پژوهش حاضر، برای مدل سازی گرمایی و مکانیکی کامپوزیت سیلیکون کاربید - کربن ، از روش دو مقیاسی بهره گرفته شده است. در این روش، الیاف و زمینه اطراف آن، ابتدا در مقیاس میکرو مورد مدل سازی قرار گرفت و پس از حصول نتایج و تعمیم آنها به یک لایه کامپوزیت تک جهته، زاویه چرخش لایه ها نسبت به یکدیگر در مقیاس ماکرو مدل سازی گردید و نقش این مشخصه ها و شرایط بهینه رفتار حرارتی و مکانیکی کامپوزیت مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت. در نهایت نحوه چیدمان بهینه پیشنهاد شد. در این چیدمان، نحوه آرایش لایه ها به این شکل است که هر لایه نسبت به لایه قبلی به مقدار 10 درجه ساعتگرد تغییر زاویه خواهد داشت. این چیدمان منتج به دستیابی به ضریب هدایت گرمایی ("w" /m".k" ) 732/1 و مدول الاستیک (gpa) 58 در راستای صفحه کامپوزیتی ده لایه گردید. این چیدمان نسبت به سایر چیدمان ها، با زاویه چرخش های 30،15 و 45 درجه، بهترین شکل قرارگرفتن مواد در کنار یکدیگر را، جهت بالا بردن ضریب هدایت گرمایی در یک جهت و همچنین حداکثر مدول الاستیک در جهت دیگر ارائه کرد.در پایان به منظور راستی آزمایی نتایج حاصل از مدل سازی، از مراجع، مشخصه مدول الاستیک برای یک نمونه تجربی انتخاب گردید و توسط مدل سازی مورد تحلیل قرار گرفت. با توجه به اینکه راستی آزمایی بر اساس اطلاعات بدست آمده از مقیاس میکرو بوده و تنها ساختار کامپوزیت از نمونه تجربی برگرفته شده است، میتواند صحه گذاری مناسبی برای اطلاعات حاصل از مدل سازی برای هر دو مقیاس میکرو و ماکرو تلقی گردد.میزان تطابق نتیجه حاصل از مقایسه مدل سازی و نمونه تجربی ارائه شده در مرجع برای مشخصه مدول الاستیک بیش از 94 درصد بود، که این تطابق بیانگر دقت مناسب مدل ایجاد شده می باشد.