دانشگاه فردوسی

دانشکده مهندسی

پایان‏نامه کارشناسی ارشد

گروه مهندسی متالورژی و مواد

بررسی رفتار خستگی کامپوزیت‏ زمینه پلیمری تقویت شده با الیاف شیشه ساخته شده به دو روش لایه‏گذاری دستی و تزریق رزین به کمک خلأ (VIP)

استاد راهنما:

دکتر احد ضابط

دکتر سیروس جوادپور

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

در این پژوهش، کامپوزیت­های زمینه پلیمری (رزین اپوکسی) تقویت شده توسط پارچه بافته شده از الیاف شیشه­ای E-glass به دو روش لایه­گذاری دستی و تزریق رزین به کمک خلأ (VIP) ساخته شدند و رفتار خستگی آن­ها مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به نتایج حاصل از آزمون کشش، استحکام کششی در نمونه­های تولید شده به روشVIP (MPa 362) بیشتر از نمونه‏های تولید شده به روش لایه­گذاری دستی (MPa 242) بود. بر اساس نتایج آزمون خستگی کشش-کشش (1_/0=R)، عمر خستگی بیشتری برای نمونه­های VIP مشاهده شد در دامنه تنش MPa67، نمونه­های VIP، 10⁶×11_/2 سیکل را تا زمان واماندگی تحمل کردند در حالی که، در دامنه تنش پایین­تر MPa61، نمونه­های دستی 10⁵×29_/1 سیکل را تحمل نمودند. تعداد سیکل واماندگی نمونه­های VIP در تنش خستگی MPa200، برابر با 10³×0_/5 به دست آمد. اما، همین پارامتر برای نمونه‏های دستی در تنش خستگی پایین­تر MPa150 برابر با 10³×2_/1 حاصل شد. با توجه به نمودار S-N رسم شده، در تعداد سیکل ثابت 100،000 دامنه تنش قابل تحمل نمونه دستی حدود MPa60 تخمین زده شد؛ در صورتی دامنه تنش متناظر برای نمونه VIP حدود MPa90 بود. با توجه به تصاویر SEM سطح شکست نمونه­ها، مکانیزم­های واماندگی غالب برای نمونه­های ساخته شده به روش لایه‏گذاری دستی تحت بار خستگی به صورت جدایش لایه­ها و بیرون آمدن الیاف مشاهده شد. در حالی که، مکانیزم­های واماندگی برای نمونه­های ساخته شده به روش VIP، جدایش الیاف از زمینه و ترک خوردن زمینه بود. نتایج حاصل از آنالیز وزن­سنجی حرارتی (TGA)، تنها نشان دهنده وجود اتصال مکانیکی بین الیاف و زمینه بود، که جدایش الیاف از زمینه و بیرون آمدن الیاف مشاهده شده در تصاویر SEM را توجیه می­کرد. بر اساس نتایج حاصل از این آنالیز، درصد وزنی الیاف برابر با 69% و 52% برای نمونه­های ساخته شده به روش VIP و لایه­گذاری دستی محاسبه شد.

فهرست مطالب

عنوان صفحه

فصل 1- مقدمه.. 1

1-1- کلیات… 2

1-2- اجرای پروژه. 6

1-3- هدف از انجام تحقیق… 7

فصل 2- مروری بر منابع.. 8

2-2- تعریف مواد کامپوزیتی… 10

2-3- سیستم‏های کامپوزیتی تقویت‏شده با الیاف (FRC). 12

2-4- کامپوزیت‏های زمینه پلیمری (PMC). 12

2-4-1- رزین‏های مورد استفاده در کامپوزیت زمینه پلیمری… 12

2-4-2- الیاف (تقویت‏کننده). 15

2-5- ساخت کامپوزیت‏ها. 17

2-5-1- لایه‏گذاری دستی… 17

2-5-2- فرایند قالب‏گیری کیسه‏ای… 18

2-5-3- رشته پیچی… 18

2-5-4- برون‏کشی… 18

2-6- کاربردهای کامپوزیت‏های زمینه پلیمری… 20

2-6-1- کاربرد در صنعت اتومبیل‏سازی… 20

2-6-2- کاربردهای دریایی… 21

2-6-3- کاربردهای هوا-فضا. 22

2-6-4- مواد کامپوزیتی در تکنولوژی انرژی بادی… 23

2-7- خستگی… 25

2-8- خستگی در مواد کامپوزیتی زمینه پلیمری… 27

2-8-1- آسیب خستگی… 28

2-8-2- مدهای مختلف واماندگی خستگی در مواد کامپوزیتی… 31

2-8-3- مقایسه‏ای بین شکست خستگی و استاتیکی… 32

2-8-3-1- واماندگی‏های بین لایه‏ای… 33

2-8-3-1-1- مورفولوژی‏های شکست در مدIبارگذاری سیکلی… 33

2-8-3-1-2- مورفولوژی‏های شکست در مدIIبارگذاری سیکلی… 34

2-8-3-1-3- مورفولوژی‏های شکست در مد ترکیبیI/IIبارگذاری سیکلی… 35

2-8-3-2- واماندگی داخل لایه‏ای… 37

2-9- فاکتورهای تأثیرگذار بر روی رفتار خستگی کامپوزیت‏های زمینه پلیمری… 38

2-9-1- نوع الیاف… 38

2-9-2- زمینه و محیط… 40

2-9-3- شرایط بارگذاری… 41

2-10- آزمون‏های مکانیکی متداول بر روی کامپوزیت‏های زمینه پلیمری… 43

2-10-1- آزمون کشش…. 43

2-10-2- آزمون فشار. 44

2-10-3- آزمون خستگی… 45

2-11- آنالیز حرارتی کامپوزیت‏های زمینه پلیمری… 46

2-12- مروری بر تحقیقات انجام شده. 48

2-12-1- تحقیقات انجام شده در رابطه با روش‏های مختلف ساخت کامپوزیت‏های زمینه پلیمری… 48

2-12-2- تحقیقات انجام شده در رابطه با آزمون کشش کامپوزیت‏های زمینه پلیمری… 49

2-12-3- تحقیقات انجام شده در رابطه با خواص خستگی کامپوزیت‏های زمینه پلیمری… 50

2-12-4- تحقیقات انجام شده در رابطه با مکانیزم واماندگی خستگی… 51

2-12-5- تحقیقات انجام شده در رابطه با آنالیز حرارتی کامپوزیت‏های زمینه پلیمری… 56

فصل 3- مواد آزمایش و روش تحقیق… 58

3-1- مشخصات رزین… 59

3-2- روش‏های ساخت نمونه.. 60

3-2-1- روش لایه‏گذاری دستی… 60

3-2-2- روش تزریق رزین به کمک خلأ (VIP). 61

3-3- آماده‌سازی نمونه.. 63

3-4- انجام آزمون کشش بر روی نمونه‏های آماده شده. 64

3-5- انجام آزمون خستگی… 65

3-5-1- مشخصات نمونه‏های تست خستگی… 66

3-5-2- آزمون خستگی کشش–کشش…. 67

3-6- آنالیز وزن سنجی حرارتی (TGA). 69

3-7- تصویربرداریSEM… 70

فصل 4- نتایج و بحث… 71

4-1- نتایج آنالیز وزن‏سنجی حرارتی (TGA). 72

4-2- نتایج تست کشش…. 76

4-3- نتایج آزمون خستگی… 78

4-3-1- ترسیم منحنیS-Nبا استفاده از روابط مختلف خستگی… 84

4-3-2- مقایسه منحنی‏هایS-Nکامپوزیت‏های تولید شده به وسیله فرایندهای دستی وVIP.. 90

4-3-3- مقایسه منحنی‏هایS-Nبه دست آمده در فرایندهای ساختVIPو دستی با استانداردGL.. 92

4-4- نتایج تصویربرداریSEM… 97

4-4-1- نتایج تصویربرداریSEMاز سطوح شکست خستگی نمونه‏های دستی… 97

4-4-2- نتایج تصویربرداریSEMاز سطوح شکست خستگی نمونه‏هایVIP.. 102

4-4-3- مقایسه مکانیزم‏های واماندگی خستگی برای نمونه‏های دستی وVIP.. 107

فصل 5- نتیجه‏گیری و پیشنهادات… 110

5-1- نتیجه‏گیری… 111

5-2- پیشنهادات… 113

6- مراجع.. 114

– مقدمه

1-1- کلیات

افزایش تأثیرات منفی انرژی فسیلی بر روی محیط زیست، مانند گرم شدن جهانی و بحران در دسترس بودن انرژی، بسیاری از کشورها را بر آن داشته است که از انرژی­های جایگزین دیگری مانند انرژی خورشید، باد و خورشید-هیدروژن استفاده کنند. این انرژی­ها تجدیدپذیر و دوست­دار محیط زیست هستند، به گونه‏ای که پاسخ­گوی تقاضای روزافزون بشر برای انرژی می­باشند.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید