توضیحات

چکیده:
در این پایان نامه رفتار کمانش ورق های دایره ای شکل مرکب با استفاده از تئوری المان محدود و نرم افزار ANSYS مورد بررسی قرار گرفته است. هدف از این پایان‌نامه بدست آوردن بارهای فشاری کمانش در مودهای مختلف می باشد.
فصل اول مقدمه ای در مورد مواد کامپوزیت می باشد.
در فصل دوم به معرفی ماتریسهای به کار رفته در ساخت مواد مرکب و بعضی از ویژگیهای آنها پرداخته شده است.
در فصل سوم الیاف و تقویت کننده های پر کاربرد در ساخت کامپوزیتها بررسی شده است.
در فصل چهارم به معرفی روش ساخت کامپوزیتها و پروسه تولید آنها اشاره شده است.
فصل پنجم به کاربرد کامپوزیتها در صنایع مختلف اختصاص یافته است.
در فصل ششم مقدمه ای از تئوری حاکم برمواد مرکب و پیش بینی رفتار شکست این مواد می باشد.
در فصل هفتم معادلات حاکم بر کمانش ورقهای کامپوزیت و معادلات تعادل آنها ارائه شده است.
پدیده کمانش در مورد بسیاری از سازه ها و جزء های تحت تاثیر نیروی فشاری مطرح می باشد. برخلاف تیرها که پس از کمانش بدون تحمل بار زیادی دچار تسلیم می شوند، ورقها می توانند پس از وقوع کمانش در مواردی تا چندین برابر بار کمانش را تحمل کنند. استفاده از این توانایی ورقها گامی مهم و موثر درجهت بهینه سازی، سازه های هوایی شده است.
در فصل هشتم مقدمه ای در مورد روشهای المان محدود و نرم افزار ANSYS ارائه شده است.
در فصل نهم، به معرفی المانها و روشهای تحلیل کمانش مواد مرکب در نرم افزار ANSYS پرداخته شده است. در ادامه، تحلیل گام به گام کمانش ورقهای مرکب و معرفی دستورات مربوط به هر مرحله صورت گرفته است.
در فصل دهم نتایج بدست آمده از ۶۰ مورد تحلیل کمانش ارائه شده است.
و بالاخره در فصل یازدهم به مقایسه و تحلیل داده های بدست آمده اختصاص یافته است. در پایان نتیجه گیری و پیشنهاد برای ادامه کار پژوهش آمده است.

۲۰۰صفحه فایل ورد (Word) فونت ۱۴ منابع دارد +شکل ها 

پس از پرداخت آنلاین میتوانید فایل کامل این پروژه را دانلود کنید

فهرست مطالب
عنوان صفحه

چکیده
فصل اول: مقدمه ای بر مواد مرکب
۱-۱- کامپوزیت چیست؟ ۲
۱-۲- مزایای کامپوزیتها ۴
۱-۳- محدودیتهای کامپوزیتها ۷
۱-۴- تاریخچه صنعت کامپوزیتها ۸
۱-۵- فازهای کامپوزیتی و تقسیم بندی کامپوزیتها ۱۰
۱-۶- خواص کامپوزیتها ۱۲
۱-۷- مقاومت کامپوزیتهای لیفی ۱۴
فصل دوم: ماتریسها (رزیتها)
۲-۱- ماتریسها ۱۸
۲-۲- پلیمریزاسیون ۱۹
۲-۳- پلیمرهای گرما سخت و گرما نرم ۲۰
۲-۴- رزینهای ترموپلاستیک (گرما نرم) ۲۰
۲-۵- رزینها گرما سخت (ترموست) ۲۱
۲-۶- نقش ماتریسها ۲۲
۲-۷- رزینهای اپوکسی ۲۳
۲-۸- معایب رزینهای اپوکسی ۲۴
۲-۹- تقسیم بندی انواع تجاری رزینهای اپوکسی ۲۴
۲-۱۰- رزینهای پلی استر غیراشباع ۲۵
۲-۱۱- انواع رزینهای پلی استر تجاری ۲۶
۲-۱۲- خصوصیات رزینهای پلی استر ۲۸
۲-۱۳- معایب رزینهای پلی استر غیراشباع ۲۸
۲-۱۴- رزینهای فنولیک ۲۹
۲-۱۵- خواص و کاربردهای رزینهای فنولیک ۳۰
۲-۱۶- معایب و محدودیتهای رزینهای فنولیک ۳۰
۲-۱۷- ماتریسهای فلزی ۳۱

عنوان صفحه

فصل سوم: الیاف (تقویت کننده ها)
۳-۱- تقویت کننده ها ۳۳
۳-۲- تقویت کننده های لیفی ۳۳
۳-۳- الیاف شیشه ۳۵
۳-۴- مزیتهای اصلی الیاف شیشه ۳۵
۳-۵- عیوب اصلی الیاف شیشه ۳۶
۳-۶- سایز الیاف ۳۸
۳-۷- آهار ۳۹
۳-۸- خواص الیاف شیشه ۴۰
۳-۹- الیاف پیشرفته ۴۱
۳-۱۰- الیاف بور ۴۲
۳-۱۱- خواص و کاربرد الیاف بور ۴۳
۳-۱۲- الیاف سیلیکون کاربید ۴۴
۳-۱۳- الیاف سیلسیم کاربید ۴۴
۳-۱۴- الیاف آلومینا ۴۵
۳-۱۵- الیاف کربن وگرافیت ۴۶
۳-۱۶- الیاف کربن ۴۶
۳-۱۷- خواص الیاف کربن و گرافیت ۴۸
۳-۱۸- کامپوزیتهای کربن و گرافیت ۴۸
۳-۱۹- مزیتهای اصلی الیاف کربن ۴۹
۳-۲۰- بحث میکروسکوپی در مورد الیاف کربن ۴۹
۳-۲۱- الیاف آرامید یا پلی آمیدهای حلقوی ۵۰
۳-۲۲- خصوصیات آرامیدها ۵۱
۳-۲۳- الیاف پلی اتیلن ۵۲
۳-۲۴- الیاف سرامیکی ۵۲
۳-۲۵- مقایسه الیاف مختلف ۵۳

عنوان صفحه

فصل چهارم: ساخت مواد مرکب
۴-۱- فرایندهای ساخت کامپوزیتها ۵۶
۴-۲- قالب گیری باز ۵۶
۴-۳- قالب گیری بسته ۵۷
۴-۴- تقسیم بندی براساس حجم تولید ۵۸
۴-۵- تعاریف فرایند قالب گیری باز ۵۹
۴-۶-تعاریف بکار بردن رزین ۵۹
۴-۷- روش لایه گذاری دستی ۶۰
۴-۸- روش پاشش توسط پیستوله ۶۲
۴-۹- فیلامنت وایندینگ ۶۳
۴-۱۰- قالب گیری فشاری ۶۶
۴-۱۱- روش کششی ۶۹
۴-۱۲- قالب گیری با کیسه خلاء ۷۰
۴-۱۳- فرایند تزریق در خلاء ۷۳
۴-۱۴- قالب گیری به روش انتقال رزین RTM 74
فصل پنجم: کاربرد کامپوزیتها
۵-۱- مقدمه ۷۹
۵-۲- صنایع حمل و نقل جاده ای ۷۹
۵-۳- استفاده از مواد کامپوزیت در ساخت تانکهای جنگی و سلاح ۸۱
۵-۴- کاربرد کامپوزیتها در صنایع هوا فضا ۸۲
۵-۵- استفاده در ساخت فضاپیماها ۸۴
۵-۶- استفاده کامپوزیتها در صنایع حمل و نقل ریلی ۸۶
۵-۷- کاربرد کامپوزیتها در واحدهای شیمیایی ۸۶
۵-۸- کامپوزیتها درصنعت دریایی ۸۸
۵-۹- صنایع الکتریکی ۸۸
۵-۱۰- صنعت هسته ای ۸۹
فصل ششم: تئوری حاکم بر مواد مرکب
۶-۱- مقدمه ۹۱
عنوان صفحه

۶-۲- رفتار ماکرومکانیک یک لایه ۹۱
۶-۳- ثابتهای مهندسی برای مواد ارتوتروپ ۹۵
۶-۴- جهت گیری الیاف در مواد مرکب ۹۶
۶-۵- استحکام در مواد مرکب ۹۶
۶-۶- تئوریهای شکست در حالت دو محوری بر مواد ارتوتروپ ۹۷
۶-۷- تئوری تنش حداکثر ۹۷
۶-۸- معیار کرنش حداکثر ۹۸
۶-۹- تئوری Tsai-Hill 99
۶-۱۰- تئوری Tsai-Wu 101
فصل هفتم: کمانش پوسته ها و مباحث تئوری مربوط به آن
۷-۱- مقدمه ۱۰۴
۷-۲- معادلات غیرخطی تعادل ورق ۱۰۶
فصل هشتم: آشنایی با المان محدود و نرم افزار ANSYS
۸-۱- مقدمه ۱۲۶
۸-۲- مسائل مهندسی ۱۲۶
۸-۳- روشهای عددی ۱۲۷
۸-۴- تاریخچه ای کوتاه بر روش المان محدود و نرم افزار ANSYS 128
۸-۵- مراحل اصلی در روش المان محدود ۱۳۱
۸-۶- توابع شکل (Shape Function) 132
۸-۷- تقسیم بندی یک ناحیه به تعدادی المان برای المانهای یک بعدی ۱۳۳
۸-۸- معرفی توابع شکل برای یک المان خطی ۱۳۴
۸-۹- خواص توابع شکل ۱۴۵
۸-۱۰- المان درجه دوم ۱۳۶
فصل نهم: مدل سازی مواد مرکب در ANSYS 5.4
۹-۱- مقدمه ۱۳۹
۹-۲- مدل سازی مواد مرکب در روش h-method 139
۹-۳- المان Sheel-91 139
عنوان صفحه

۹-۴- المان Shel-99 141
۹-۵- المان Solid-46 142
۹-۶- مدل سازی مواد مرکب در روش p-method 143
۹-۷- روش تعریف ساختارهای لایه ای ۱۴۴
۹-۸- روش تعریف خصوصیات هر لایه بطور جداگانه ۱۴۴
۹-۹- تفاوت روش p-method / h-method 144
۹-۱۰- روش تحلیل کمانش در نرم افزار ANSYS 145
۹-۱۱- نکاتی در مورد مش بندی توسط نرم افزار ANSYS 145
۹-۱۲- نکاتی در مورد تحلیل کمانش ۱۴۸
۹-۱۳- تحلیل ورق های دایره ای شکل در نرم افزار ANSYS 149
۹-۱۴- حل مساله کمانش توسط دستورات APDL 160
۹-۱۵- برنامه APDL برای حل مساله کمانش ۱۶۱
فصل دهم: نتایج
۱۰-۱- مقدمه ۱۷۰
۱۰-۲- ملاحظات ۱۷۰
فصل یازدهم: نتیجه گیری و پیشنهاد برای ادامه کار
۱۱-۱- مقدمه ۲۴۷
۱۱-۲- نقش ضخامت بر بارهای حاصل از کمانش ۲۴۷
۱۱-۳- نقش مدولهای الاستیسیته ۲۵۰
۱۱-۴- زاویه الیاف و تاثیر آن در کمانش ۲۵۲
۱۱-۵- پیشنهاد برای ادامه کار ۲۵۳
مراجع ۲۵۵
ضمائم ۲۵۶

فهرست اشکال
عنوان صفحه

فصل اول: مقدمه ای بر مواد مرکب
شکل ۱-۱: انواع مختلف کامپوزیتها ۱۲
شکل ۱-۲: نمودارهای تنش- کرنش در زوایای مختلف ۱۳
شکل ۱-۳: انواع مختلف تقویت کننده ها ۱۵
شکل ۱-۴: انواع مختلف الیاف ۱۶
فصل سوم: الیاف (تقویت کننده ها)
شکل۳-۱: تنش- کرنش برای تقویت کنندگان مختلف ۳۵
شکل۳-۲: تصاویر میکروسکوپی از الیاف برون اپوکسی ۴۲
شکل ۳-۳: شکل الیاف مختلف ۵۴
فصل چهارم: ساخت مواد مرکب
شکل ۴-۱: نحوه بافت در روش فیلامنت ۶۳
شکل ۴-۲: شماتیک دستگاه بافت فیلامنت ۶۴
شکل ۴-۳: دستگاه بافت فیلامنت ۶۵
شکل ۴-۴: ماشین آلات بکار رفته در روش BMC 66
شکل ۴-۵: ماشین آلات بکار رفته در روش SMC 67
شکل ۴-۶: روش کششی ۶۹
شکل ۴-۷: ماشین آلات RTM 75
شکل ۴-۸: ماشین آلات بکار رفته در روش RTM 76
فصل پنجم: کاربرد کامپوزیتها
شکل ۵-۱: کاربرد کامپوزیتها در بوئینگ ۷۳۷-۳۰۰ ۸۲
شکل ۵-۲: پوسته موتور و نگهدارنده آن در بوئینگ ۷۵۷ ۸۲
شکل ۵-۳: کاربرد کامپوزیتها در موتور راکتها ۸۵
فصل هفتم: کمانش پوسته هاو مباحث تئوری مربوط به آن
شکل ۷-۱: ورق مستطیلی تحت نیروی فشاری دو محوره ۱۱۰
شکل ۷-۲: برایندهای تنش و ممان بر روی یک المان از ورق ۱۱۰
شکل ۷-۳: لایه های ورق ۱۱۷
عنوان صفحه

شکل ۷-۴: کوتاه شدگی لبه های ورق ۱۱۷
فصل هشتم: آشنایی با المان محدود و نرم افزار ANSYS
شکل ۸-۱: کاربرد اولیه المان محدود ۱۳۰
شکل ۸-۲: مدل سازی تیر مخروطی تحت کشش به فنرهای سری ۱۳۰
شکل ۸-۳: تقسیم یک ناحیه به مناطق کوچکتر (گره ها و المانها) ۱۳۳
فصل نهم: مدل سازی مواد مرکب در ANSYS 5.4
شکل ۹-۱:المان پوسته ای Shell-91 برای مدل سازی ورق ها و پوسته ها ۱۴۰
شکل ۹-۲: المان پوسته ای Shell-99 برای مدل سازی ورق ها و پوسته ها ۱۴۱
شکل ۹-۳: المان سه بعدی Solid-46 المان بندی مسائل سازه ای ۱۴۳
شکل ۹-۴: مش بندی آزاد ۱۴۶
شکل ۹-۵: استفاده از Smart Size برای ریز کردن مش بندی ۱۴۶
شکل ۹-۶: مش بندی دستی ۱۴۸
شکل ۹-۷: منوی انتخاب المان ۱۵۰
شکل ۹-۸: منوی ویژگیهای مکانیکی ۱۵۱
شکل ۹-۹: منوی انتخاب تعداد لایه ۱۵۲
شکل ۹-۱۰: منوی مربوط به ضخامت و زاویه الیاف ۱۵۳
شکل ۹-۱۱: مدل سازی ورق ۱۵۳
شکل ۹-۱۲: منوی مش بندی ۱۵۵
شکل ۹-۱۳: ورق مش بندی شده از نمای ایزومتریک ۱۵۶
شکل ۹-۱۴: فعال کردن منوی محاسبه ماتریس سختی ۱۵۸
فصل دهم: نتایج
شکل ۱۰-۱: نمای روبرو- مود اول کمانش- کولار اپوکسی ۱۷۲
شکل ۱۰-۲: نمای ایزومتریک- مود اول کمانش- کولار اپوکسی ۱۷۲
شکل ۱۰-۳: معادله رویه کمانش داده در مد اول ۱۷۳
شکل ۱۰-۴: نمای روبرو- مود دوم کمانش- کولار اپوکسی ۱۷۴
شکل ۱۰-۵: نمای ایزومتریک- مود دوم کمانش- کولار اپوکسی ۱۷۴
شکل ۱۰-۶: معادله رویه کمانش داده در مود دوم ۱۷۵
شکل ۱۰-۷: معادله رویه کمانش داده در مود دوم ۱۷۶
عنوان صفحه

شکل ۱۰-۸: معادله رویه کمانش داده در مود دوم ۱۷۷
شکل ۱۰-۹: نمای روبرو- مود سوم کمانش- کولار اپوکسی ۱۷۸
شکل ۱۰-۱۰: نمای ایرومتریک- مود سوم کمانش- کولار اپوکسی ۱۷۸
شکل ۱۰-۱۱: نمایش رویه کمانش داده در مد سوم ۱۷۹
شکل ۱۰-۱۲: نمایش رویه کمانش داده در مد سوم ۱۸۰
شکل ۱۰-۱۳: نمایش رویه کمانش داده در مد سوم ۱۸۱
شکل ۱۰-۱۴: نمای روبرو- مد چهارم کمانش- کولار اپوکسی ۱۸۲
شکل ۱۰-۱۵: نمای ایزومتریک- مد چهارم کمانش- کولار اپوکسی ۱۸۲
شکل ۱۰-۱۶: معادله روی کمانش داده در مد چهارم ۱۸۳
شکل ۱۰-۱۷: معادله روی کمانش داده در مد چهارم ۱۸۴
شکل ۱۰-۱۸: معادله روی کمانش داده در مد چهارم ۱۸۵

فهرست جداول
عنوان صفحه

فصل سوم: الیاف (تقویت کننده ها)
جدول ۳-۱: انواع الیاف شیشه تجاری- نام و نوع مواد موجود در لیف ۳۶
جدول ۳-۲: قطرهای موجود الیاف تجاری ۳۹
جدول ۳-۳: اتر دما بر استحکام الیاف شیشه نوع E 41
جدول ۳-۴: خواص الیاف Sic 44
جدول ۳-۵: خواص بعضی از الیاف آلومینا ۴۵
جدول ۳-۶: خواص بعضی از الیاف کربن ۴۷
جدول ۳-۷: مهمترین خصوصیات تقویت کننده های با کارایی بالا ۵۳
فصل پنجم: کاربرد کامپوزیتها
جدول ۵-۱: برخی از خصوصیات کامپوزیتها و فلزات صنعتی ۸۳
جدول ۵-۲: نمونه ای از اجزاء ساخته شده با کامپوزیت ۸۴
فصل دهم: نتایج
جدول ۱۰-۱: ویژگیهای مکانیکی کامپوزیتها ۱۷۰
فصل یازدهم: نتیجه گیری و پیشنهاد برای ارائه کار
جدول ۱۱-۱: مقایسه بارهای کمانش برای چهار ماده مرکب در حالت زاویه‌ای۹۰/۰ با سه
ضریب P 5/0 و ۱/۰ و ۰۱۵/۰ ۲۴۸
جدول ۱۱-۲: نقش الیاف در تغییر بارهای کمانش ۲۵۲

-۱- کامپوزیت چیست؟
کامپوزیت به موادی اطلاق می شود که در ساختار آن بیش از یک جز ماده استفاده شده باشد. در این مواد اجزاء مختلف خواص فیزیکی و شیمیایی خود را حفظ کرده و در نهایت ماده ای حاصل می شود که دارای خواص بهینه ای می باشد. این خواص در تک تک مواد شرکت کننده به صورت مجزاء و در همه حالت ها وجود ندارد.
تعریف جامع کامپوزیت را به صورت زیر می توان ارائه داد.
دو ماده غیر یکسان که در صورت ترکیب، ماده‌حاصله از تک تک مواد قوی‌تر باشد.
کامپوزیتها همه بصورت طبیعی و همه به صورت مصنوعی ساخته می شوند.
چوب مثال خوبی از یک کامپوزیت طبیعی است. چون ترکیبی از الیاف سلولزی و لیگنین می باشد. الیاف سلولزی استحکام را ایجاد می کند و لیگنین چسبی است که الیاف را به هم می چسباند و پایدار می کند.
بامبو یا نی خیز ران، یک سازه کامپوزیتی چوبی بسیار کارآمد می باشد. اجزاء بامبو همان سلولز و لیگنین می باشد با این تفاوت که بامبو توخالی است و این امر باعث می شود سازه سفت و سبک حاصل شود. چوبهای بلند ماهیگیری کامپوزیتی و چوبهای گلف، کپی شده از این طرح طبیعی هستند.
از جمله مواد کامپوزیت مصنوعی که به دست انسان ساخته شده می توان موارد زیر را نام برد.
آجرهای خشتی که اولین بار توسط مصریان بکار رفت و ترکیبی از گل و کاه می‌باشد.
تخته چندتایی که ترکیبی از ورقهای نازک چوب و چسب می باشد.
بتن مسلح که ترکیبی از فولاد و بتن می باشد. فولاد به لحاظ ساختار مکانیکی در مقابل کشش قوی بوده و بتن ماده ای است که دارای استحکام فشاری بالا می باشد. با ترکیب این دو ماده، سازه ای بوجود می آید که در مقابل کشش و فشار قابلیت بالایی از تحمل را از خود نشان می دهد.
تایر اتومبیل ترکیبی است از مخلوط لاستیک و تقویت کننده هایی نظیر فولاد، نایلون، آرامید یا دیگر الیاف. لاستیک به عنوان ماتریس عمل می کند و تقویت کننده را در جای خود نگه می دارد. ماتریس چسبی است که الیاف را در جای خود نگه می دارد.
با توجه به آنچه بیان گردید و با توجه به مثالهای بالا شاید تعریف کامپوزیتها در عین کامل بودن بسیار عمومی به نظر رسد.
تعریف پیشرفته مواد کامپوزیت که در این پروژه نیز بکار می رود به صورت زیر می باشد. ترکیبی از الیاف تقویت کننده و یک ماتریس پلیمری به عنوان رزین. به عنوان مثال می توان رزین پلی استر والیاف تقویت کننده فایبر گلاس را نام برد.
در ادامه در مورد الیاف و ماتریسها به صورت جداگانه صحبت خواهد شد.
۱-۲- مزایای کامپوزیتها
استفاده روز افزون کامپوزیتها در ذهن هر خواننده ای این مساله را تداعی می کند که چرا این مواد با این سرعت در حال رشد و تکامل هستند. آنچه مسلم است این مواد نسبت به سایر مواد مهندسی مرسوم (عموماً فلزها) دارای مزایای قابل توجه ای هستند که در ذیل تعدادی از آنها نام برده شده است.
– استحکام ویژه بالا :
استحکام ویژه، عبارتی است که به نسبت استحکام به وزن اطلاق می شود. کامپوزیتها از استحکام ویژه بالاتری نسبت به بسیاری از مواد دیگر برخوردار هستند. مواد کامپوزیت برای نیازهای استحکامی خاص در یک کاربرد می توانند طراحی شوند. توانایی استفاده کردن از انواع رزین ها و الیاف و همچنین نحوه قالبگیری و ترکیب آنها باعث فراهم شدن رنج بالا و متنوعی از استحکام برای این مواد شده است.
– وزن مخصوص کم:
کامپوزیتها موادی را ارائه می دهند که می توانند برای استحکام بالا و هم وزن طراحی پایین مورد استفاده قرار گیرند.
– مقاومت به خوردگی بالا:
مثالهای بیشماری از کامپوزیتها وجود دارد که دارای سرویسی به مدت چهل تا پنجاه سال بوده است. در سال ۱۹۴۷ گارد ساحلی آمریکا یک سری قایقهای گشتی ۴۰ فوتی را با استفاده از رزین پلی استر و فایبرگلاس ساخت. این قایقها تا اوایل دهه ۱۹۷۰ استفاده شدند تا اینکه به دلیل منسوخ شدن طراحی، از سرویس خارج شدند. تستهای زیادی روی لایه ها بعد از خارج شدن از ماموریتهای آنها انجام شد و معلوم شد که فقط ۲% تا ۳% از استحکام اولیه بعد از ۲۵ سال سرویس سخت افت کرده است.
تفاوتهای بیشمار دیگری از قایقها، ساختمانها و دیگر سازه های کامپوزیتی در سال ۱۹۵۰ وجود دارد که هنوز درحال سرویس دهی هستند.
بدنه اولیه اتومبیلهای کروت در سال ۱۹۵۳ فایبرگلاس بوده اند و به استثناء تعمیرات تزئیناتی، تاامروز سالم و بی عیب مانده اند.
مواردی از مجاری و لوله های فایبرگلاس که در کارخانجات شیمیایی به مدت ۲۵ سال به کار گرفته شده اند موجود هستند،‌ که در شرایط محیطی بسیار سخت شیمیایی و به صورت ۲۴ ساعته و هفت روز در هفته در حال کار بوده اند.
– انعطاف پذیری طراحی:
کامپوزیتها نسبت به دیگرمواد این مزیت را دارند که می توانند با شکلهای پیچیده نسبت به هزینه کم قالبگیری شوند. انعطاف پذیری در ایجاد شکلهای پیچیده، به طراحان آزادی عمل می دهد که نشانی از موفقیت کامپوزیتها است. قایقها نمونه ای از این توانایی شکل پذیری کامپوزیتها را نشان می دهند.
– سرمایه گذاری نسبتاً کم:
یک دلیل آنکه صنعت کامپوزیتها موفق بوده است سرمایه گذاری نسبتاً کم در تاسیس و ایجاد وسایل ساخت کامپوزیتها است. تعداد بسیاری از شرکتهای بزرگ و خلاق سازنده کامپوزیتها ریشه خود را در شرکتهای کوچک اولیه سازنده این مواد پیدا می کنند.
در فرایند قالبگیری ترموپلاستیکها هزینه های چند میلیون دلاری برای تجهیزات نیاز است. ولی این هزینه ها در قالبیگری باز به مراقب کمتر و با توجیه اقتصادی بیشتری همراه است. آنچه مسلم است ورود به بازار کامپوزیت با هزینه کمتری نسبت به سایر مواد امکان پذیر است.
از دیگر مزایای کامپوزیتها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
– پایداری حرارتی خوب
– توانایی بالا در جذب انرژی ها
– ظرفیت دمپینگ بالا
– مقاومت به خستگی بالا
– هزینه پرداخت کاری پائین
۱-۳- محدودیتهای کامپوزیتها
محدودیت کامپوزیتها را می توان در موارد ذیل جمع بندی کرد.
– با وجود آنکه قوانین ساده ای برای نمونه های کوچک وجود دارد. اما پیش بینی خواص نمونه های بزرگتر مسئله ساز بوده و از لحاظ ایمنی باعث وقوع زیانهای جدی می گردد.
– پیچیدگی کنترل کیفیت قطعات ساخته شده از مواد مرکب بویژه قطعات حساس و تحت تنشهای مکانیکی شدید نظیر قطعات هواپیما.
– طرح مهندسی ویژه کامپوزیتها، این محدودیت بیشتر در موارد عمومی صنعتی وجود دارد، نه در تا صنایع فضایی که در آن، طرح های غامض معمول می باشد.
– محدودیت تخصصی و آموزشی در تمام سطوح در عرصه طراحی، ساخت و مصرف کامپوزیتها.
۱-۴- تاریخچه صنعت کامپوزیتها
استفاده ازمواد کامپوزیت طبیعی، بخشی از تکنولوژی بشر از زمانی که اولین بناهای باستانی، کاه را برای تقویت کردن آجرهای گلی بکار بردند بوده است.
مغولهای قرن دوازدهم، کمانهای پیشرفته ای را که کوچکتر و قوی تر از دیگر وسایل مشابه بودند، ساختند. این کمانها سازه‌های کامپوزیتی بوده اند که بوسیله ترکیب زردپی احشام (تاندون)، شاخ، خیزران (بامبو) و ابریشم ساخته شده بودند و با کلوفون طبیعی پیچیده می شدند. این کمانها از نظر قدرت ۸۰% کمانهای کامپوزیتی مدرن بودند.
در اواخر دهه ۱۸۰۰ میلادی سازندگان قایقهای کانو، از چسباندن لایه های کاغذ محکم کرافت با نوعی لاک به ……………………….

-۵- فازهای کامپوزیتی و تقسیم بندی کامپوزیتها
در کامپوزیتها عموماً سه ناحیه متمایز، شامل فاز پیوسته (ماتریس)، فاز ناپیوسته (تقویت کننده) و لایه مرزی بین این دو فاز وجود دارد که تعیین کننده خواص و مشخصه‌های ماده مرکب خواهند بود.
فاز ناپیوسته غالباً به سه دسته کلی ذرات پودری ، ذرات صفحه ای و الیاف تقسیم می شوند که هر دسته خصوصیات ویژه ای را در کامپوزیت ایجاد می کنند.
در کامپوزیتهای ذره ای خواص به جهت بستگی ندارد، در حالیکه در کامپوزیتهای لیفی این امر از اهمیت فراوانی برخوردار است.
با احتساب مواد مرکب حاوی ذرات صفحه ای در زمره یکی از دو دسته دیگر، کامپوزیتها را می توان بصورت زیر طبقه بندی کرد.
در یک کامپوزیت بطور کلی الیاف، عضو بار پذیر اصلی سازه هستند. در حالیکه فاز ماتریس آنها را در محل و آرایش مطلوب نگه داشته و به عنوان یک محیط منتقل کننده……………………..

-۷- مقاومت کامپوزیتهای لیفی
از میان تمام مواد مرکبی که ذکر آنها به عمل آمد، تنها مواد مرکب الیافی موضوع این پروژه می باشد. این مواد در صنعت هم از بالاترین درجه اهمیت در میان سایر مواد مرکب برخوردار می باشند. لذا تا حدودی بر روی این مواد تمرکز بیشتری کرده و به شرح و تفضیل آنها می پردازیم.
چندین عامل در میزان مقاومت کامپوزیتهای فایبر- ماتریس موثرند.
احتمالاً مهمترین عامل،‌ آرایش الیاف یا طرز قرار گرفتن آنها درون…………………………

فصل دوم
ماتریسها (رزین‌ها)

۲-۱- ماتریسها
ماتریس در یک کامپوزیت نقش یک بستر را داشته و به انواع مختلف فلزی، سرامیکی، پلیمری و… تقسیم می شود. نظر به اهمیت ماتریسهای پلیمری و همینطور کاربردهای بسیار متنوع آن، به شرح تفضیلی آن می پردازیم. به علت اینکه در این پروژه مواد مرکب الیافی مد نظر می باشد و در این مواد از ماتریس پلیمری استفاده می‌شود. لذا بحث در مورد سایر ماتریسها در حوصله این پروژه تحقیقاتی نمی گنجد.
کامپوزیتها با ماتریس پلیمری نه تنها به عنوان موضوع جالب آزمایشگاهی یا ماده ای برای ساخت محصولاتی ارزان قیمت، بلکه به عنوان موادی با ساختار مهندسی، مورد توجه قرارگرفته اند. پیشرفت مواد مرکب را می توان نتیجه دو عامل دانست.
۱- پیشرفت ماتریسهای پلیمری جدید
۲- الیاف جدید یا آرامیدها (کربن، کولار، بور)
در اینجا لازم به ذکر است در مقایسه با ماتریسهای سرامیکی و فلزی، ماتریسهای پلیمری بسیار پیچیده تر بوده ولی با هزینه کمتر و به سهولت فرایند می شوند. از طرف دیگر این مواد استحکام و مدول کشسانی کمتر و گستره دمای کاربردی پایین تری دارند.
قرار گرفتن دراز مدت پلیمرها در معرض نور ماوراء بنفش یا بعضی از حلالها، کاهش خواص آنها را به دنبال دارد. چون در پلیمرها پیوند کووالانسی حاکم است، معمولاً این مواد رسانایی گرمایی، هدایت حرارتی و الکتریکی ضعیفی از خود نشان می دهند. در هر صورت معمولاً پلیمرها در مقایسه با فلزات در مقابل مواد شیمیایی مقاوم تر هستند……………..
……………………………………….

فرضیات و محدودیتها:
– سطح المانها می بایست بزرگتر از صفر باشد.
– ضخامت لایه ها می بایست بزرگتر از صفر باشد.
– از لغزش لایه ها بر روی یکدیگر صرفنظر شده است.
– قابلیت ترکیب با المانهای ۳ بعدی را دارد………………………….

-۷- روش تعریف ساختارهای لایه ای
به دو روش می توان خصوصیات لایه ای یک ماده مرکب را تعریف کرد.
۱- روش تعریف خصوصیات هر لایه بطور جداگانه
۲- تعریف ماتریس (فقط برای دو المان Solid 46 . Shell 99)
۹-۸- روش تعریف خصوصیات هر لایه بطور جداگانه
در این روش تعریف ساختار لایه ای، لایه به لایه از پایین بالا انجام می شود، لایه پایینی که شماره آن ۱ است و به همین ترتیب لایه ها در جهت مثبت محور z شماره‌گذاری می شوند. در المان Solid 46، Shell 99 قابلیت تعریف متقارن دارند، یعنی اگرنوع لایه ها نسبت به هم متقارن باشند می توان نصف آنها را تعریف کرد.
۹-۹- تفاوت روش p-method / h-method
۱- از نظر تعداد المانها در روش h-method بیش از ۱۰۰ المان تعریف شده است. در صورتیکه در روش p-method ، ۵ المان وجود دارد.
۲- در روش h-method معمولاً ابتدا شبکه بندی می کنیم و سپس شرایط بارگذاری و شرایط مرزی را اعمال می کنیم. ولی در روش p-method همیشه ابتدا شرایط بارگذاری و شرایط مرزی را تعریف می کنیم و سپس شبکه بندی می کنیم. به بیان دیگر در روش p-method بر روی گره ها نیرو با جابجایی تعریف نمی کنیم.
۳- در یک مدل نمونه روش p-method نسبت به h-method جواب دقیق‌تری می‌دهد.
۹-۱۰- روش تحلیل کمانش در نرم افزار ANSYS
روش غیرخطی:
نتایج این روش معمولاً دقیق تر است. این روش در حقیقت یک آنالیز استاتیکی غیرخطی است که در آن بار به تدریج افزایش می یابد تا به قدری برسد که سازه در آن ناپایدار می شود. در این روش اعمال………………….

.