رفتار مکانیکی پارچه های حلقوی پودی۳

رفتار مکانیکی پارچه های حلقوی پودی۳ – www.irantarjomeh.ir

مقالات ترجمه شده آماده گروه  نساجی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

 مدلسازی و شبیه سازی رفتار مکانیکی پارچه های حلقوی پودی برای کاربردهای فنی

بخش ۳: مدل شش ضلعی دو بعدی آنالیز جزء محدود (FEA) با اجزای خرپای غیر خطی

چکیده

این مقاله در چهار بخش ارائه می شود. بخش اول در ارتباط با ملاحظات کلی و آنالیزهای تجربی می باشد و هر یک از بخش های دیگر مرتبط با دیدگاه های مختلف در زمینه تحلیل های تئوریکی رفتار مکانیکی پارچه های حلقوی پودی و کامپوزیت های تقویت شده حلقوی پودی، که از الیاف شیشه تولید شده اند، می باشند. هدف یافتن راه هایی جهت ارتقای خواص مکانیکی و شبیه سازی رفتار مکانیکی پارچه های حلقوی و کامپوزیت های تقویت شده حلقوی می باشد، به گونه ای که طراحی مهندسی چنین مواد و ساختارهایی را بتوان ارتقا داد.

در بخش ۳، مدل دوم ارائه می گردد، مدلی که به عنوان یک مدل دو بعدی بر مبنای FEA (آنالیز جزء محدود) مطرح می باشد.

یک پارچه حلقوی پودی ساده، بر مبنای ساختار ساده لوپ / حلقه، ساده سازی شده و به وسیله یک ساختار شش ضلعی دو بعدی، که از طریق اجزای خرپای غیر خطی ایجاد شده است، معرفی می گردد. ویژگی های این اجزای خرپا برای شبیه سازی FEA از نتایج تجربی، با بهره گیری از یک روش تحلیلی، به هنگامی که لوپ تبدیل به یک مدل FEA می گردد، حاصل آمده است. دفرمه شدگی ازدیاد طول در یک، دو و چند مسیر شبیه سازی می شود. این مدل را همچنین می توان جهت محاسبه یک پارچه حلقوی مسطح در مبحث دفرمه شدگی، به منظور تناسب با یک قالب کروی سه بعدی، مورد استفاده قرار داد.

کلمات کلیدی: پارچه حلقوی، منحنی بار، منسوجات فنی، مدلسازی، خواص مکانیکی، مواد کامپوزیت، FEA (آنالیز جزء محدود)، قالب گیری رزین.

رفتار مکانیکی پارچه های حلقوی پودی۳

۱- مقدمه

در خلال سالیان اخیر، پارچه های حلقوی توجه زیادی را در صنعت کامپوزیت ها برای تقویت   سازه ای به سمت خود جلب نموده اند. چنین ویژگی در ارتباط با خواص منحصر به فرد آنها، به هنگام مقایسه با دیگر ساختارهای پارچه ای تقویت شده نظیر پارچه های بافته و قیطانی می باشد. بواسطه ساختار حلقوی آنها، پارچه های حلقوی ممکن است میزان زیادی از دفرمه شدگی را نشان دهند. این قابلیت تغییر شکل سبب ایجاد خاصیت ریخت پذیری پارچه می گردد، که آنها را به عنوان ماده ای ایده آل برای تقویت مواد پیش ساخته دارای شکل پیچیده برای قالب گیری مایع در تولید اجزای کامپوزیت مطرح می سازد. به علاوه، برخی از خواص مهم مکانیکی کامپوزیت ها، نظیر مقاومت در برابر ضربه و لایه لایه شدگی، را می توان به واسطه قابلیت جذب انرژی ساختارهای حلقوی ارتقا داد. با این وجود هیچ شکی وجود ندارد که ساختار حلقوی منجر به کاهش مدول کامپوزیت های حاصله می شود. با این حال، این عیب را می توان از طریق درج نخ های تقویتی صاف در ساختارهای حلقوی مرتفع ساخت. ساختارهای جهت دار (DOS) مثال هایی از این نوع هستند، و بر این مبنا تقویت کننده های نخی را می توان در یک، دو، سه یا چند مسیر درج نمود. در صورت لزوم، قابلیت اعمال پیش کشیدگی در مبحث تقویت کننده های الیاف حلقوی نیز وجود دارد تا آنکه بتوان نسبت به ارتقای سفتی کامپوزیت نیز اقدام کرد.

دانش رفتار دفرمه شدگی پارچه حلقوی به عنوان یک مورد بسیار مهم در طراحی کامپوزیت های تقویت شده حلقوی به شمار می آیند. در این زمینه دو مورد را می توان مدنظر قرار داد. اولین مورد در ارتباط با پیش کشیدگی می باشد و در این زمینه مقدار پیش کشیدگی مورد نیاز را می بایست تعریف نمود تا آنکه قابلیت تولید یک ماده کامپوزیتی با خواص مکانیکی مطلوب وجود داشته باشد. دومین مورد در ارتباط با دفرمه شدگی یک پارچه حلقوی مسطح می باشد تا بتوان آن را در تناسب با یک قالب در فرآیند RTM به کار گرفت. در این مورد، دانستن این موضوع لازم است که آیا این شکل مطلوب را می توان پس از دفرمه شدگی یک ساختار حلقوی، جهت تناسب با قالب، حاصل آورد یا خیر.

در این مقاله، مدل FEA جهت پیش بینی رفتار دفرمه شدگی و خواص مکانیکی مرتبط با ساختارهای حلقوی – پودی اصلی توسعه یافته است. علاوه بر شبیه سازی دفرمه شدگی ازدیاد طول در یک، دو و چند جهت، این مدل همچنین جهت محاسبه دفرمه شدگی یک پارچه حلقوی مسطح جهت تناسب با یک قالب سه بعدی که دارای یک شکل کروی می باشد نیز به کار گرفته شده است.

۲- مدل آنالیز جزء محدود (FEA)

۱-۲٫ تشریح مدل

به منظور شبیه سازی رفتار دفرمه شدگی پارچه حلقوی با استفاده از آنالیز جزء محدود (FEA)، لازم است تا نسبت به استقرار یک مدل FEA اقدام نماییم که قابلیت ارائه ساختار ویژگی آن پارچه خاص را داشته باشد. همان گونه که در شکل ۱ نشان داده شده است، یک پارچه حلقوی پودی ساده، بر مبنای یک ساختار لوپ ساده، در ابتدا به صورت ساده در آمده و به وسیله یک ساختار شش ضلعی دو بعدی مشخص می شود. این ساختار شش ضلعی یک مدل FEA می باشد که به وسیله اجزای خرپای غیر خطی ساخته شده است.

۲-۲- دفرمه شدگی پارامترهای المان/ جزء

به هنگامی که یک پارچه حلقوی پودی به وسیله مدل FEA فوق مشخص می گردد، پارامترهای هندسی و خواص انبساط بار پارچه حلقوی می بایست به ویژگی های اجزای خرپا تبدیل شوند تا آنکه قابلیت انجام یک شبیه سازی وجود داشته باشد. در مدل جاری، دو نمونه از پارامترهای المان / جزء را می بایست مشخص نمود. این موارد المانها یا اجزای ابعادی و پارامترهای ماده هستند. برای یک جزء خرپا، سطح مقطع و طول به عنوان دو پارامتر ابعادی اصلی به شمار می آیند. به منظور ساده سازی این شبیه سازی، ناحیه سطح مقطع مساوی با mm² 1 برای کلیه اجزا در نظر گرفته شد. با این وجود، طول اجزا در گروه های یک و دو مختلف می باشد. از طریق آنالیز پیکربندی هندسی نشان داده شده در شکل ۲، روابط ذیل حاصل می شوند:

رفتار مکانیکی پارچه های حلقوی پودی۳

۳- نتایج شبیه سازی

به عنوان یک مثال، پارامترهای هندسی و نتایج تست دو محوری پارچه حلقوی پودی ساده پنبه ای جهت محاسبه پارامترهای جزء خرپا مورد استفاده قرار گرفت. فاصله گذاری عرضی (c) و        فاصله گذاری طولی (w) این پارچه به میزان ۸۷۷/۰ و ۲۰۴/۱ به ترتیب مشخص شده اند. آزمایشات کششی دو محوری در شرایط ازدیاد طول برابر و در مسیرهای عرضی و طولی، مثل      ε_x = ε_y ،  انجام شدند. از پارامترهای هندسی و نتایج تست کششی پارچه حلقوی، مقادیر پارامترهای جزء خرپا محاسبه شده و در جدول ۱ نشان داده شده اند.

رفتار مکانیکی پارچه های حلقوی پودی۳

نتیجه گیری

یک مدل آنالیز جزء محدود (FEA)، که به وسیله اجزای خرپای غیر خطی ایجاد شده است در این مبحث پیشنهاد گردیده است. به منظور اعمال این شبیه سازی، پارامترهای هندسی و خواص کششی پارچه حلقوی را می بایست به پارامترهای المان/ جزء خرپا تبدیل نمود. روش به کار گرفته شده جهت این تبدیل به عنوان یک روش موثر و کارا اثبات شده است. این شبیه سازی به صورت دو بعدی با توجه به ازدیاد طول سطح در ۱، ۲ و چند جهت، همچنین با توجه به کاربرد مورد سه بعدی، انجام گردید، که در آن یک پارچه حلقوی مسطح جهت تناسب با یک شکل نیمه کروی دفرمه گردید. این تحقیق نشان دهنده کارایی روش جزء محدود برای آنالیزهای پیچیده ساختارهای منسوجات، نظیر پارچه های حلقوی، می باشد.