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. یکی از موضوعاتی که باید در طراحی محصولات مهندسی مورد استفاده قرار گیرد آن است که عمر محصول تولیدی چقدر خواهد بود. عمر در این محصولات به صورت مدت زمانی تعریف می­شود که محصول قادر است تحت بارهای سرویس عمل­کرد مورد انتظار را داشته باشد. عمر یک قطعه می­تواند به کوتاهی یک بار استفاده تعیین شود، از سوی دیگر در برخی محصولات باید قابلیت تحمل میلیون­ها سیکل در نظر گرفته شود که توربین­های بادی نیز از این دسته­اند. محصولاتی با چنین عمرهای بالایی مستعد برای شکست خستگی هستند.گسترش ابزارهای مورد نیاز جهت تعیین عمر خستگی مواد ساخته شده از کامپوزیت با کندی روبروست، دلیل این امر را باید در ماهیت لایه­ای و غیریکنواخت این مواد جست و جو کرد، به طور مثال اگر در فلزات تنها عامل خرابی را طول ترک تشکیل می­دهد، مواد کامپوزیتی حالت‌های مختلف شکست را از خود بروز می­دهند که از آن جمله می­توان به ترک خوردن زمینه جدایش الیاف از زمینه[8]، کمانش الیاف، جدایش لایه­ها[9]، شکست تک­لایه و شکست الیاف اشاره کرد. معمولاً در یک شکست ناشی از خستگی در مواد کامپوزیتی ترکیبی از مکانیزم­های فوق فعال است و این مسأله به خودی خود تحلیل­های خستگی را با چالش­های فراوانی روبرو می­کند. حال اولین قدم در تحلیل­های خستگی تعیین منحنی S-N به صورت آزمایشگاهی و در قدم بعد شناسایی مکانیزم­های مختلف واماندگی خستگی می­باشد. با مشخص شدن این داده‌ها، مهندسین می‌توانند به تخمین‏های اولیه خستگی جهت ساخت محصول برای صنعت و خریداران کمک نمایند.

مقایسه‏ای بین مواد رایج و مواد کامپوزیتی

مقایسه‏ای بین مواد رایج 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 پیش با توسعه فناوری­های تولید مواد غیر فلزی، این مواد به تدریج وارد صنایع مختلف شد و برای ساخت برخی تجهیزات مختلف صنعتی به کار گرفته شد. در این میان کامپوزیت­ها به دلیل تنوع در فرآیندهای مختلف ساخت و گوناگونی خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی آن­ها جایگاه وی‍‍‍‍‍‍‍‍ژه­ای دارند ]4[. در یک کامپوزیت عمدتاً زمینه مدول کمی دارد در صورتی که عنصر تقویت­کننده در حدود 50 برابر قوی­تر و حدود 150-20 برابر سفت­تر است ]5[.کامپوزیت­ها از نظر زمینه به سه گروه زیر تقسیم­بندی می­شود ]6[:

1- کامپوزیت­های زمینه فلزی[1] (MMC): این مواد در سال­های دهه­ هفتاد میلادی بسیار مورد توجه بود. در آن زمان عمدتاً آلیاژهای آلومینیوم که با ذرات سیلیس تقویت شده بود مورد توجه قرار داشت. امروزه مواد مرکب پیشرفته‌ای به وسیله آلیاژسازی مکانیکی تولید می‌شود.

2- کامپوزیت­هایی زمینه سرامیکی[2] (CMC): این مواد در جهت افزایش چقرمگی مواد سرامیکی که دارای استحکام بالا و خواص حرارتی فوق العاده­‌ای هستند به وجود آمده است. این مواد در صنایع دیرگداز و عایق‏های حرارتی و الکتریکی کاربرد زیادی پیدا کرده اند.

3- کامپوزیت­های زمینه پلیمری[3] (PMC): پلیمرها به تنهایی خواص مکانیکی لازم را برای اغلب مصارف صنعتی دارا نمی­باشند. استحکام و سفتی[4] آن­ها در مقایسه با سرامیک­ها و فلزات بسیار پایین است. این مشکل با تولید کامپوزیت­های پایه پلیمری تا حدود زیادی حل شده است. کامپوزیت­های پایه پلیمری به دلیل وزن مخصوص پایین و داشتن استحکام مناسب، به یکی از پرکاربردترین انواع کامپوزیت­ها تبدیل شده‏اند. علاوه بر خواص مکانیکی و فیزیکی مناسب، فرایند تولید نسبتاً ساده، که نیاز به دما و فشار بالا و از سوی دیگر تجهیزات پیشرفته ندارد، به افزایش رشد استفاده صنعتی این مواد کمک نموده ‌است.

2-2- تعریف مواد کامپوزیتی

ایده مواد کامپوزیت یک ایده جدید و تازه نمی­باشد، در طبیعت می­توان نمونه­های مختلفی از این مواد را یافت. به عنوان مثال برگ نخلی شکل نارگیل می­تواند کامپوزیتی با تقویت­کننده الیافی باشد. استخوان مثال دیگری از مواد کامپوزیت است که در طبیعت پیدا می­شود و وزن اعضای مختلف بدن را تحمل می­کند. علاوه بر این مواد کامپوزیت طبیعی، مواد مهندسی بسیاری نیز وجود دارند که در یک دید کلی کامپوزیت هستند و برای مدت طولانی استفاده می شدند، کربن سیاه در لاستیک، سیمان، آسفالت که با ماسه مخلوط شده و یا الیاف شیشه­ای در رزین مثال­های متعارفی از این گونه مواد مهندسی هستند ]7[.با این وجود، موضوع مواد کامپوزیت از ابتدای سال 1960 بیان شد و مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس آمار موجود می‏توان گفت که تقریباً 80 درصد تمامی تحقیقات و تلاش­های توسعه یافته در زمینه کامپوزیت­ها از سال 1965 شروع شده است. با توجه به مقایسه­ای که بین مواد یک­پارچه[5] مثل آلومینیوم، فولاد و غیره با مواد مرکب انجام شده است (شکل 2-1)، می­توان به این نتیجه رسید که در صورت استفاده از کامپوزیت­ها به جای مواد قدیمی، پیشرفت­های قابل ملاحظه­ای به دست خواهد آمد. به معنای واقعی کلمه به راحتی می­توان نیرو محرکه­ای را که پشت تلاش­های گسترده در زمینه کامپوزیت­ها وجود دارد، توجیه کرد ]7[.عملاً هرچه در جهان وجود دارد به نوعی یک کامپوزیت است، بنابراین یک قطعه ساده از فولاد نیز کامپوزیت است چون ماده­ای است چند بلور[6] که از تعداد زیادی دانه (تک بلور[7]) ساخته شده است. این تعریف همه چیز را بسیار پیچیده می­کند. بنابراین، بایستی به تعریف کاری کامپوزیت پرداخته شود. ماده­ای که شرایط زیر را داشته باشد به عنوان کامپوزیت شناخته می­شود ]7[:

1- حتماً ساخته شده باشد (یعنی کامپوزیت طبیعی مثل چوب در این تعریف نمی­گنجد).

2- باید حاوی دو و یا تعداد بیشتری فاز باشد طوری که این فازها دارای خصوصیات فیزیکی و شیمیایی واضح و مشخصی باشند و به طور مناسبی توزیع شده باشند، البته با وجود فصل مشترکی که آن­ها را از هم جدا کند.

3- دارای ویژگی باشد که هر کدام از اجزای تشکیل دهنده به صورت مجزا آن ویژگی را نداشته باشند.

در جایی که بیشترین میزان اجزای تقویت­کننده به کار رفته به شکل ذره و یا الیاف باشد، کامپوزیت­ها به طور معمول به دلیل خواص ساختاری­شان مورد استفاده قرار می­گیرند و بنابراین، تعریف فوق برای سیستم­هایی صادق است که حاوی الیاف­های پیوسته/غیر پیوسته و یا ذراتی به عنوان تقویت­کننده باشند، که تمامی آن­ها در فاز مرکزی به نام زمینه قرار گرفته­اند. فاز تقویت­کننده معمولاً با کسر حجمی بسیار زیادی موجود است (10% و یا بیشتر) ]5[.

شماتیکی از مقطع پره توربین بادی

شماتیکی از مقطع پره توربین بادی

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

2-10-1- 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 رزین مورد استفاده در این دو فرایند از نوع اپوکسی می­باشد که خواص فیزیکی مناسب­تری نسبت به سایر رزین­ها داشته و از طرفی گران­تر می­باشد. رزین مورد استفاده در این تحقیقات با نام تجاری2040 و هاردنر 2047 با درصد اختلاط 32/100 می‌باشد. لازم به ذکر است که رزین انتخابی مورد تایید GL نیز بوده و خواص فیزیکی آن بر اساس اهمیت پارامترها از قرار زیر است:

– ویسکوزیته: در فرایند VIP با توجه به اینکه رزین فقط با فشار وکیوم الیاف را آغشته به رزین می­کند، لذا هرچه ویسکوزیته کمتر باشد نفوذپذیری بیشتر بوده و در نتیجه فرایند سریع­تر پیش­ می­رود. ویسکوزیته مناسب برای رزین­های تزریق اپوکسی بین 200 تا Cp (mPa.s)250 می­باشد.

– زمان ژل شدن: با توجه به اینکه رزین­های اپوکسی دوجزئی می­باشند، به محض ترکیب رزین و هاردنر واکنش صورت گرفته و در یک زمان مشخص رزین باید مورد استفاده قرار بگیرد، در غیر این صورت ویسکوزیته رزین افزایش یافته و تزریق به سختی صورت گرفته یا انجام نمی­شود. افزایش دما نیز ویسکوزیته رزین را کاهش داده و از طرفی باعث کاهش زمان کارکرد آن نیز می­شود. این موضوع با افزایش ابعاد قطعه تولیدی بحرانی­تر شده و نیازمند دقت بیشتر در انتخاب مواد و شرایط قطعه تولیدی می­باشد.

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 دستی متداول­ترین روش تولید قطعات در صنعت کامپوزیت­ها می باشد. معمولاً از این روش برای ساخت قطعات با تعداد کم استفاده می­شود. با این وجود موارد موفقی نیز بوده است که از این روش برای تولید قطعات با تولید بالا نیز 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 نمونه‏های تست خستگی…………………………………………… 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