فهرست مطالب

فصل 1- مقدمه

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. انرژی باد، سریع­ترین منبع انرژی رو به رشد در جهان، یک منبع انرژی تجدیدپذیر و تمیز است. اکنون کشورهای بسیاری، به خصوص در اروپا، ایالات متحده آمریکا، چین و ملل دیگر، توجه خاصی به این منبع انرژی دارند ]1[.بر اساس اطلاعات سازمان انرژی­های نو ایران (سانا)،استفاده از انرژی باد در طول سالیان اخیر بیشترین رشد را در مقایسه با سایر انرژی­های نو تجربه کرده است و توربین­های بادی هر روز بهینه­تر و با ظرفیت توان بیشتر به بازار عرضه می­شوند. تاریخچه انرژی بادی یک سیر تکاملی را به استفاده از قطعات سبک و ساده برای به حرکت درآوردن پره­ها بوسیله نیروی بازدارنده[1] طی کرده است. آسیاب­های بادی که در قدیم مورد استفاده قرار می­گرفتند نخستین نوع توربین­های بادی بودند که به عقیده تمامی کارشناسان نخستین بار توسط ایرانیان به کار گرفته شد ]2[.با وجود این پیشینه ارزشمند تاریخی و علی‌رغم پتانسیل­های موجود و مناطق مستعد بادخیز کشور، توسعه صنعت باد در ایران با پیشرفت مناسبی روبرو نشده است. در حال حاضر در وزارت نیرو، نصب MW5000 نیروگاه تجدیدپذیر در قانون برنامه پنجم توسعه هدف­گذاری شده است که از این میزان MW4500 آن برای توسعه باد در نظر گرفته شده است و می‌توان گفت در پنج سال آینده قریب به MW4000 بازار برای توسعه بخش خصوصی وجود خواهد داشت. هم اکنون سایت­های بادی بینالود و منجیل، بزرگ­ترین سایت­های بادی کشور محسوب شده که تقریبا MW100 از برق مورد نیاز کشور را تامین می­کنند، این مقدار سهم ناچیزی از مقدار کل انرژی برق تولید شده در کشور را تشکیل می­دهد ]2[.اما بر خلاف رویه موجود در داخل کشور، سایر کشورهای جهان به طور گسترده در راستای توسعه صنعت بادی خود گام برداشته­اند و میزان انرژی الکتریکی تولید شده بوسیله باد روز به روز سهم بیشتری از کل انرژی تولیدی جهان را تشکیل می­دهد. به عنوان نمونه­ای از سیاست­گذاری­های کلان در این زمینه می­توان به تصمیم اتحادیه اروپا برای تولید 20% از انرژی خود از منابع پاک تا سال 2020 اشاره کرد. شکل 1-1 ظرفیت کلی انرژی بادی تولیدی در جهان را تا سال 2011 را نشان می­دهد ]2[.غلب پره­های توربین، چه کوچک و چه بزرگ، قسمت­های اصلی مشابهی دارند: پره­ها، شفت­ها، چرخ­دنده­ها، ژنراتور، و یک کابل (برخی از توربین­ها ممکن است دارای جعبه دنده نباشند). کلیه این قسمت­ها با هم کار می­کنند تا انرژی باد را به الکتریسیته تبدیل نمایند. در این بین، پره یکی از مهمترین اجزای توربین­های بادی است که وظیفه آن تولید نیروی لازم برای چرخاندن محور اصلی توربین است. طراحی پره توربین­های بادی یکی از مهم­ترین و اصلی­ترین بخش­های طراحی توربین به شمار می­شود که با توجه به شرایط بسیار متغیر بهره­برداری و اعمال بارهای شدید بر آن، انتخاب جنس و طراحی سازه­ای آن از اهمیت زیادی برخوردار است. مواد مورد استفاده در ساخت پره­ها به طور قابل ملاحظه­ای بر روی کارایی و خواص آن­ها، مانند وزن پره، مکانیزم آسیب، و عمر خستگی اثرگذار است. پره­های توربین­های بادی از مواد ناهمسان­گرد ساخته می‏شوند که معمولاً از کامپوزیت­های زمینه پلیمری، در ترکیبی از یک تک پوسته و کامپوزیت ساندویچی تهیه شده‏اند. طراحی­های امروزی عمدتاً بر اساس کامپوزیت­های تقویت شده با الیاف شیشه (GFRP) صورت می‏گیرد. به طور کلی مواد مورد استفاده در ساخت پره­های توربین بادی بایستی تحمل بارگذاری­های خستگی شدید را در شرایط کاری داشته باشند ]1[.ساختار کامپوزیتی به عنوان یک نوع خاص از کامپوزیت­های لایه­ای  تلقی می­شود و مقبولیت گسترده­ای به عنوان یک ساختار عالی برای دست­یابی به اجزایی با وزن کم و ساختارهایی با سفتی خمشی بسیار بالا، استحکام زیاد، و مقاومت کمانشی بسیار زیاد به دست آورده است. این مواد توسط روش قالب­گیری انتقال رزین (RTM)، RTM به کمک خلا، لایه­گذاری دستی و تزریق رزین به کمک خلاء (VIP) ساخته می‏شوند. تفاوت روش VIP با روش RTM در آن است که در این روش تنها یک سمت از قالب جامد است در صورتی که در روش RTM هر دو سمت جامد هستند. علاوه بر آن، از یک خلأ اعمالی به منظور نیرو محرکه برای انتقال رزین به تقویت­کننده استفاده می­شود ]3[.در تولید پره‌های توربین بادی کوچک و متوسط معمولاً از روش لایه‌گذاری دستی و در پره بزرگ و حتی متوسط با توجه به اهمیت وزن و استحکام سازه از روش تزریق رزین به کمک خلأ (VIP) استفاده می‌شود. يکي از موضوعاتي که بايد در طراحي محصولات مهندسي مورد استفاده قرار گيرد آن است که عمر محصول تولیدی چقدر خواهد بود. عمر در اين محصولات به صورت مدت زماني تعريف مي­شود که محصول قادر است تحت بارهاي سرويس عمل­کرد مورد انتظار را داشته باشد. عمر يک قطعه مي­تواند به کوتاهي يک بار استفاده تعيين شود، از سوي ديگر در برخي محصولات بايد قابليت تحمل ميليون­ها سيکل در نظر گرفته شود که توربين­هاي بادي نيز از اين دسته­اند. محصولاتي با چنين عمرهاي بالايي مستعد براي شکست خستگي هستند.گسترش ابزارهاي مورد نياز جهت تعيين عمر خستگي مواد ساخته شده از کامپوزيت با کندي روبروست، دليل اين امر را بايد در ماهيت لايه­اي و غيريکنواخت اين مواد جست و جو کرد، به طور مثال اگر در فلزات تنها عامل خرابي را طول ترک تشکيل مي­دهد، مواد کامپوزيتي حالت‌هاي مختلف شکست را از خود بروز مي­دهند که از آن جمله مي­توان به ترک خوردن زمینه جدايش الياف از زمینه[8]، کمانش الياف، جدايش لايه­ها[9]، شکست تک­لايه و شکست الياف اشاره کرد. معمولاً در يک شکست ناشي از خستگي در مواد کامپوزيتي ترکيبي از مکانيزم­هاي فوق فعال است و اين مسأله به خودي خود تحليل­هاي خستگي را با چالش­هاي فراواني روبرو مي­کند. حال اولين قدم در تحليل­هاي خستگي تعيين منحنی S-N به صورت آزمايشگاهي و در قدم بعد شناسایی مکانیزم­های مختلف واماندگی خستگی مي­باشد. با مشخص شدن این داده‌ها، مهندسين می‌توانند به تخمين‏هاي اوليه خستگي جهت ساخت محصول براي صنعت و خريداران کمک نمایند.

مقایسه‏ای بین مواد رايج و مواد کامپوزیتی

مقایسه‏ای بین مواد رايج و مواد کامپوزیتی

1-1- کلیات…………………………………………………………………………….. 2

1-2- اجرای پروژه……………………………………………………………………… 6

1-3- هدف از انجام تحقیق…………………………………………………………… 7

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل 2- مروری بر منابع

از چند دهه پيش با توسعه فناوري­هاي توليد مواد غير فلزي، اين مواد به تدريج وارد صنايع مختلف شد و براي ساخت برخي تجهيزات مختلف صنعتي به کار گرفته شد. در اين ميان كامپوزيت­ها به دليل تنوع در فرآيندهاي مختلف ساخت و گوناگوني خواص فيزيكي، شيميايي و مكانيكي آن­ها جايگاه وي‍‍‍‍‍‍‍‍ژه­اي دارند ]4[. در يک کامپوزيت عمدتاً زمينه مدول کمي دارد در صورتي که عنصر تقويت­کننده در حدود 50 برابر قوي­تر و حدود 150-20 برابر سفت­تر است ]5[.کامپوزیت­ها از نظر زمينه به سه گروه زير تقسيم­بندي مي­شود ]6[:

1- کامپوزيت­هاي زمينه فلزي[1] (MMC): اين مواد در سال­هاي دهه­ هفتاد ميلادي بسيار مورد توجه بود. در آن زمان عمدتاً آلياژهاي آلومينيوم که با ذرات سيليس تقويت شده بود مورد توجه قرار داشت. امروزه مواد مرکب پيشرفته‌اي به وسيله آلياژسازي مکانيکي توليد مي‌شود.

2- کامپوزيت­هايي زمينه سراميکي[2] (CMC): اين مواد در جهت افزايش چقرمگي مواد سراميکي که داراي استحکام بالا و خواص حرارتي فوق العاده­‌اي هستند به وجود آمده است. اين مواد در صنايع ديرگداز و عايق‏هاي حرارتي و الکتريکي کاربرد زيادي پيدا کرده اند.

3- کامپوزيت­هاي زمينه پليمري[3] (PMC): پليمرها به تنهايي خواص مکانيکي لازم را برای اغلب مصارف صنعتي دارا نمي­باشند. استحکام و سفتی[4] آن­ها در مقايسه با سراميک­ها و فلزات بسيار پايين است. اين مشکل با توليد کامپوزيت­هاي پايه پليمري تا حدود زيادي حل شده است. کامپوزيت­هاي پايه پليمری به دليل وزن مخصوص پايين و داشتن استحکام مناسب، به يکي از پرکاربردترين انواع کامپوزيت­ها تبديل شده‏اند. علاوه بر خواص مکانيکي و فيزيکي مناسب، فرايند توليد نسبتاً ساده، که نياز به دما و فشار بالا و از سوي ديگر تجهيزات پيشرفته ندارد، به افزایش رشد استفاده صنعتي اين مواد کمک نموده ‌است.

2-2- تعریف مواد کامپوزیتی

ايده مواد کامپوزيت يک ايده جديد و تازه نمي­باشد، در طبيعت مي­توان نمونه­هاي مختلفي از اين مواد را يافت. به عنوان مثال برگ نخلي شکل نارگيل مي­تواند کامپوزيتي با تقويت­کننده اليافي باشد. استخوان مثال ديگري از مواد کامپوزيت است که در طبيعت پيدا مي­شود و وزن اعضاي مختلف بدن را تحمل مي­کند. علاوه بر اين مواد کامپوزيت طبيعي، مواد مهندسي بسياري نيز وجود دارند که در يک ديد کلي کامپوزيت هستند و براي مدت طولاني استفاده مي شدند، کربن سياه در لاستيک، سيمان، آسفالت که با ماسه مخلوط شده و يا الياف شيشه­اي در رزين مثال­هاي متعارفي از اين گونه مواد مهندسي هستند ]7[.با اين وجود، موضوع مواد کامپوزيت از ابتداي سال 1960 بيان شد و مورد بررسي قرار گرفت. بر اساس آمار موجود مي‏توان گفت که تقريباً 80 درصد تمامي تحقيقات و تلاش­هاي توسعه يافته در زمينه کامپوزيت­ها از سال 1965 شروع شده است. با توجه به مقايسه­اي که بين مواد یک­پارچه[5] مثل آلومينيوم، فولاد و غیره با مواد مرکب انجام شده است (شکل 2-1)، مي­توان به اين نتيجه رسيد که در صورت استفاده از کامپوزيت­ها به جاي مواد قديمي، پيشرفت­هاي قابل ملاحظه­اي به دست خواهد آمد. به معناي واقعي کلمه به راحتي مي­توان نيرو محرکه­اي را که پشت تلاش­هاي گسترده در زمينه کامپوزيت­ها وجود دارد، توجيه کرد ]7[.عملاً هرچه در جهان وجود دارد به نوعي يک کامپوزيت است، بنابراين يک قطعه ساده از فولاد نيز کامپوزيت است چون ماده­اي است چند بلور[6] که از تعداد زيادي دانه (تک بلور[7]) ساخته شده است. اين تعريف همه چيز را بسيار پيچيده مي­کند. بنابراين، بايستی به تعريف کاري کامپوزيت پرداخته شود. ماده­اي که شرايط زير را داشته باشد به عنوان کامپوزيت شناخته مي­شود ]7[:

1- حتماً ساخته شده باشد (يعني کامپوزيت طبيعي مثل چوب در اين تعريف نمي­گنجد).

2- بايد حاوي دو و يا تعداد بيشتري فاز باشد طوري که اين فازها داراي خصوصيات فيزيکي و شيميايي واضح و مشخصي باشند و به طور مناسبي توزيع شده باشند، البته با وجود فصل مشترکي که آن­ها را از هم جدا کند.

3- داراي ويژگي باشد که هر کدام از اجزاي تشکيل دهنده به صورت مجزا آن ويژگي را نداشته باشند.

در جايي که بيشترين ميزان اجزاي تقويت­کننده به کار رفته به شکل ذره و يا الياف باشد، کامپوزيت­ها به طور معمول به دليل خواص ساختاري­شان مورد استفاده قرار مي­گيرند و بنابراين، تعريف فوق براي سيستم­هايي صادق است که حاوي الياف­هاي پيوسته/غير پيوسته و يا ذراتي به عنوان تقويت­کننده باشند، که تمامي آن­ها در فاز مرکزي به نام زمينه قرار گرفته­اند. فاز تقويت­کننده معمولاً با کسر حجمي بسيار زيادي موجود است (10% و يا بيشتر) ]5[.

شماتیکی از مقطع پره توربین بادی

شماتیکی از مقطع پره توربین بادی

2-2- تعریف مواد کامپوزیتی…………………………………………………………. 10

2-3- سيستم‏هاي کامپوزيتي تقويت‏شده با الياف (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

2-10-1- 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

نوع رزين مورد استفاده در اين دو فرايند از نوع اپوکسي مي­باشد که خواص فيزيکي مناسب­تري نسبت به ساير رزين­ها داشته و از طرفي گران­تر مي­باشد. رزين مورد استفاده در اين تحقيقات با نام تجاري2040 و هاردنر 2047 با درصد اختلاط 32/100 می‌باشد. لازم به ذکر است که رزين انتخابي مورد تاييد GL نيز بوده و خواص فيزيکي آن بر اساس اهميت پارامترها از قرار زير است:

– ويسکوزيته: در فرايند VIP با توجه به اينکه رزين فقط با فشار وکيوم الياف را آغشته به رزين مي­کند، لذا هرچه ويسکوزيته کمتر باشد نفوذپذيري بيشتر بوده و در نتيجه فرايند سريع­تر پيش­ مي­رود. ويسکوزيته مناسب براي رزين­هاي تزريق اپوکسي بين 200 تا Cp (mPa.s)250 مي­باشد.

– زمان ژل شدن: با توجه به اينکه رزين­هاي اپوکسي دوجزئي مي­باشند، به محض ترکيب رزين و هاردنر واکنش صورت گرفته و در يک زمان مشخص رزين بايد مورد استفاده قرار بگيرد، در غير اين صورت ويسکوزيته رزين افزايش يافته و تزريق به سختي صورت گرفته يا انجام نمي­شود. افزايش دما نيز ويسکوزيته رزين را کاهش داده و از طرفي باعث کاهش زمان کارکرد آن نيز مي­شود. اين موضوع با افزايش ابعاد قطعه توليدي بحراني­تر شده و نيازمند دقت بيشتر در انتخاب مواد و شرايط قطعه توليدي مي­باشد.

خواص مکانیکی ترکیب رزین 2040 با هاردنر 2047 به صورت زیر می­باشد:

– استحکام کششی برابر با MPa71

– میزان کشیدگی در شکست برابر با 0/8

– مدول پیچشی برابر با MPa2900

– حداکثر استحکام پیچشی برابر با MPa115

-2-1- روش لایه‏ گذاری دستی

لایه‌گذاری دستي متداول­ترين روش توليد قطعات در صنعت کامپوزیت­ها مي باشد. معمولاً از اين روش براي ساخت قطعات با تعداد کم استفاده مي­شود. با اين وجود موارد موفقي نيز بوده است که از اين روش براي توليد قطعات با توليد بالا نيز استفاده شده است. شکل 3-1 شماتیکی از فرایند لایه­گذاری دستی را نشان می­دهد.

در این روش ابتدا با توجه به تعداد نمونه مورد نیاز جهت تست کشش و خستگی ابعاد صفحه کامپوزیتی cm90 ×cm150 محاسبه شد و پارچه بافته شده با الیاف E-glass و جهت­گیری­های متفاوت (°°90 و °45±) بریده و وزن آن جهت به دست آوردن میزان رزین مصرفی اندازه‌گیری شد که برابر با Kg 7/2 به دست آمد. مطابق شکل 3-2 (الف)، محل انجام لایه‌گذاری با استون تمیز و سطح شیشه به واکس آغشته شد تا بتوان صفحه کامپوزیتی را بعد از پخت از شیشه جدا کرد. قبل از لایه‌گذاری الیاف سطح را با پارچه داکرون پوشانده تا رزین اضافی را به خود جذب کند. سپس هر لایه از الیاف را گذاشته و به وسیله برش الیاف را به رزین آغشته می­کنیم. برای هر لایه این عمل تکرار می‌شود و در نهایت پارچه داکرون روی الیاف قرار می‌گیرد. شکل 3-2 (ب) نحوه انجام این فرایند و (ج) صفحه کامپوزیتی ساخته شده را نشان می­دهد.

(الف) آماده‏سازی سطح شیشه‏ای زیرین جهت ساخت صفحه کامپوزیتی بر روی آن، (ب) نحوه اعمال رزین بر روی الیاف، (ج) صفحه کامپوزیتی ساخته شده

(الف) آماده‏سازی سطح شیشه‏ای زیرین جهت ساخت صفحه کامپوزیتی بر روی آن، (ب) نحوه اعمال رزین بر روی الیاف، (ج) صفحه کامپوزیتی ساخته شده

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 نمونه‏هاي تست خستگي…………………………………………… 66

3-5-2- آزمون خستگی کشش–کشش………………………………………………….. 67

فصل 4- نتایج و بحث.

نتایج آنالیز TGA به صورت­های مختلفی ارائه می­شود که دو مورد از پرکاربردترین آن­ها، نمودار تغییر درصد وزنی بر حسب دما (نمودار TGA) و دیگری منحنی مربوط به مشتق اول نمودار TGA است که در واقع نرخ تغییر وزن را بر حسب دما نشان می­دهد (نمودار DTG). ترموگرم­های اپوکسی خالص، الیاف شیشه و کامپوزیت­های ساخته شده به دو روش لایه­گذاری دستی و VIP در شکل 4-1 (نمودار TGA) آمده است. ترموگرم­های اپوکسی خالص و کامپوزیت­های ساخته شده به دو روش لایه­گذاری دستی و VIP یک تخریب حرارتی دو مرحله­ای را نشان می­دهند. در حالی که، ترموگرم مربوط به الیاف شیشه ابتدا یک افزایش وزن از خود نشان داده و در ادامه نیز تغییر وزن قابل توجهی از خود نشان نمی­دهند.آنالیز TGA در اتمسفرهای مختلفی از جمله نیتروژن و هوای مصنوعی قابل انجام است و کاهش وزنبه دست آمده نشان دهنده آن است که ماده مد نظر دچار تخریب شده است. واکنش با اکسیژن در هوای مصنوعی به عنوان مثال می­تواند منجر به افزایش وزن شود ]82[. بنابراین می­توان افزایش وزن مشاهده شده در ترموگرم الیاف شیشه را به واکنش آن با اکسیژن در ابتدای حرارت­دهی نسبت داد. عدم کاهش وزن قابل توجه این الیاف تا پایان حرارت­دهی دلیلی بر عدم تخریب حرارتی این ماده به عنوان تقویت کننده است.رزین اپوکسی خالص تخریب حرارتی اصلی[ را در محدوده دمایی بین °C311 و °C367 نشان می­دهد. این به وضوح توسط منحنی مشتق کاهش وزن (منحنی DTG نشان داده شده در شکل 4-2) که پیک را در °C339 (Tmax1) نشان می­دهد، قابل تأیید است. تخریب مرحله دوم که در محدوده دمایی بالاتری بین °C460 و °C620 اتفاق می­افتد، توسط پیک نشان داده شده در °C581 (Tmax2) تأیید می­شود. تخریب کامل نیز در حدود °C703 مشاهده می­شود.کامپوزیت ساخته شده به روش VIP تخریب حرارتی اصلی خود را در محدوده دمایی بین °C318 و °C387 و Tmax1 را در °C340 نشان می­دهد. با این حال تخریب مرحله دوم در محدوده دمایی بین °C426 و °C576 با Tmax2 در °C557 اتفاق می­افتد.کامپوزیت­های ساخته شده به روش لایه­گذاری دستی تخریب حرارتی اصلی را در محدوده بین °C315 و °C398 نشان می­دهد. Tmax1 در این محدوده در دمای °C339 به دست آمد. تخریب مرحله دوم در محدوده دمایی بین °C452 و °C620 با Tmax2 در °C570 اتفاق افتاد. تخریب کامل نیز در حدود °C742 مشاهده شد.با توجه به شکل­های 4-1 و 4-2 (منحنی­های TGA و DTG)، کامپوزیت­ها در کل نرخ کاهش وزن کمتر و مواد باقی­مانده بیشتری در °C800 را در مقایسه با اپوکسی خالص نشان می­دهند. مواد باقی­مانده در ترموگرم مربوط به فرایند VIP بیشتر از فرایند دستی و این دو بیشتر از رزین اپوکسی خالص هستند. بیشتر بودن دمای تخریب اولیه (IDT) در نمونه­های VIP و دستی در مقایسه با رزین اپوکسی خالص نشان دهنده بیشتر بودن مقاومت حرارتی این کامپوزیت­ها نسبت به رزین اپوکسی خالص است. اما با توجه به اینکه حداکثر دمای (Tmax1) اولین مشتق منحنی کاهش وزن برای کامپوزیت­ها و رزین اپوکسی خالص تقریباً در یک محدوده دمایی (°C339) بوده و هم­چنین دمای تخریب اولیه در هر دو نوع کامپوزیت تنها در حدود 02/1 بیشتر از همین پارامتر برای رزین اپوکسی خالص است، می­توان به وجود اتصال مکانیکی بین الیاف و زمینه و عدم چسبندگی اتصال زیاد بین این دو پی برد.زیرا معمولاً در صورت وجود اتصال مناسب و بهبود یافته، که توسط انجام عملیات سطحی بر روی تقویت کننده حاصل می­شود، بین تقویت کننده و رزین، ماده تقویت کننده اولین مرحله تخریب حرارتی را به میزان قابل توجهی به تأخیر می­اندازد. به علاوه Tmax نیز در این شرایط به اندازه زیادی افزایش می­یابد که می­تواند دلیلی بر افزایش زیاد مقاومت حرارتی کامپوزیت­ها در مقایسه با رزین خالص باشد ]83[.در دمای تخریب اولیه (IDT)، رزین اپوکسی خالص 98% حفظ وزن از خود نشان داده، در حالی که، کامپوزیت­های ساخته شده به دو روش VIP و لایه­گذاری دستی تقریباً در این دما تخریب قابل ملاحظه­ای نداشته و 100% حفظ وزن را از خود نشان می­دهند. این موضوع نشان دهنده بالاتر بودن پایداری حرارتی کامپوزیت­های ساخته شده در مقایسه با رزین اپوکسی خالص است. اختلاف نه چندان زیاد در این پارامتر را هم می­توان به عدم وجود اتصال قوی بین الیاف تقویت کننده و زمینه، که ناشی از انجام ندادن عملیات سطحی بر روی الیاف است، نسبت داد.

- شماتیکی از فرایند تزریق رزین به کمک خلأ (VIP

– شماتیکی از فرایند تزریق رزین به کمک خلأ (VIP

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

4-2- نتایج تست کشش………………………………………………………………… 76

4-3- نتایج آزمون خستگی……………………………………………………………….. 78

4-3-1- ترسیم منحنی S-N با استفاده از روابط مختلف خستگی…………………… 84

4-3-2- مقایسه منحنی‏های S-N کامپوزیت‏های تولید شده به وسیله فرایندهای دستی و VIP..ا………………… 90

4-3-3- مقایسه منحنی‏های S-N به دست آمده در فرایندهای ساخت VIP و دستی با استاندارد GL.. ا……..92

4-4- نتایج تصویربرداری SEM…ا………………………………………………………… 97

4-4-1- نتایج تصویربرداری SEM از سطوح شکست خستگی نمونه‏های دستی…. 97

4-4-2- نتایج تصویربرداری SEM از سطوح شکست خستگی نمونه‏های VIP.ا….. 102

4-4-3- مقایسه مکانیزم‏های واماندگی خستگی برای نمونه‏های دستی و VIP..ا. 107

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل 5- نتیجه ‏گیری و پیشنهادات

… 110

5-1- نتیجه‏ گیری………………………………………………………………………… 111

5-2- پیشنهادات…………………………………………………………………………. 113

6- مراجع………………………………………………………………………………… 114

Abstract

In this study, the fatigue behavior of fiber reinforced polymer (FRP) composites  made by hand lay-up and vacuum infusion process (VIP) has been compared. According to the results of tension test, tensile strength was higher in VIP specimens (362 MPa) than that of hand lay-up ones (242 MPa). With respect to the results of tension-tension fatigue test (R=0.1), higher fatigue life was observed for VIP specimens. In stress amplitude of 67 MPa, VIP specimens have endured 2.11×106 cycles while at lower stress amplitude (61 MPa), the endured cycles of hand lay-up specimens were 1.29×105. The number of cycles to failure for VIP specimens in fatigue stress of 200 MPa, were 5.0×103 whereas the life of hand lay-up specimens in lower fatigue stress of 150 MPa was equal to 1.2×103. According to the S-N curve, in 100000 cycles, the endurable stress amplitude of hand lay-up specimens was estimated to be 60 MPa, but for VIP specimens this value was about 90 MPa. SEM investigation of the fracture surfaces revealed different fatigue failure mechanisms. Dominant failure mechanisms for the hand lay-up specimens were delamination and fiber pull-out while the failure mechanisms for VIP specimens were observed to be debonding and matrix cracking. Results of thermal gravimetry analysis (TGA) showed the presence of mechanical bonding between fiber and matrix, which could be assumed the cause of failure mechanisms observed in SEM images, such as fiber pull-out and debonding. Using TGA data the weight percent of the fibers in composite specimens were calculated to be 69% and 52% for VIP and hand lay-up specimens respectively



بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان