عنوان :

پروژه تحلیل کمانش ورقهای مدورمرکب ارتوتروپ با استفاده از نرم افزار المان محو

تعداد صفحات : ۲۰۲

نوع فایل : ورد و قابل ویرایش

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، مزایای کامپوزیتها، محدودیتها، تاریخچه صنعت و خواص آن می پردازد.

در فصل دوم به معرفی ماتریسهای به کار رفته در ساخت مواد مرکب و بعضی از ویژگیهای آنها پرداخته شده است. 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 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. ساخت کامپوزیتها را می توان به دو پروسه زیر تقسیم بندی کرد.قالب گیری باز یا قالب گیری تماسی، قالب گیری بسته

در قالب گیری باز لایه ها و همین طور ژل ‌کت در معرض اتمسفر می باشند ولی در قالب گیری بسته، ساخت در یک محیط بسته مثل کیسه خلاء یا قالب های دو تکه انجام می شود.

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. روش المان محدود یک روش عددی است که می تواند برای بدست آوردن جوابهای مسائل بسیار متنوعی در مهندسی مانند: تحلیل تنشها، انتقال حرارت، الکترومغناطیس و جریان سیالات و… بکار رود. نرم افزار ANSYS به عنوان یک نرم افزار پیشرو در المان محدود به حل مسائل مهندسی سرعت بیشتری داده است. لذا در این پروژه از این نرم افزار در حل مسائل کمک گرفته 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. مدلسازی مواد مرکب از مدلسازی مواد معمولی نظیر فولاد قدری مشکل تر است. (مشکل از لحاظ دقت در تعین و تعریف لایه ها) بنابراین باید در تعریف مواد مرکب (بخصوص موادی که لایه های موادی زیادی دارند) کمی دقت بیشتر به خرج داد. درنرم افزار ANSYS 5.4 قابلیت مدل سازی مواد مرکب با ۳ نوع المان لایه ای در روش h-method و ۵ نوع المان لایه ای در روش p-method وجود دارد.

در فصل دهم به ارائه نتایج حاصل از تحلیل کمانش پوسته ها (ورقهای نازک) می‌پردازیم. در هر قسمت بارهای مولد کمانش برای چهار مود ارائه شده است.

و بالاخره  در فصل یازدهم در این فصل نتیجه گیری، از تحلیل هایی که بر روی حالتهای مختلف انجام شده است ارائه شده است. این تحلیلها برای ضرایب P مختلف ۱۵/۰، ۱/۰، ۰۵/۰=P برای چهار ماده و پنج ترکیب لایه ای انجام شده و در مجموع شصت نتیجه بدست آمده است.

واژه های کلیدی:  مواد کامپوزیت،ماتریسها، الیاف ،ورق ها، رفتار کمانش ، تئوری المان محدود، نرم افزار ANSYS

فهرست مطالب

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
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
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    ۷۴
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
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    ۹۹
۶-۱۰- تئوری Tsai-Wu    ۱۰۱
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    ۱۲۸
۸-۵- مراحل اصلی در روش المان محدود    ۱۳۱
۸-۶- توابع شکل (Shape Function)    ۱۳۲
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    ۱۳۹
۹-۳- المان Sheel-91    ۱۳۹
۹-۴- المان Shel-99    ۱۴۱
۹-۵- المان Solid-46    ۱۴۲
۹-۶- مدل سازی مواد مرکب در روش p-method    ۱۴۳
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    ۱۴۴
۹-۱۰- روش تحلیل کمانش در نرم افزار ANSYS    ۱۴۵
۹-۱۱- نکاتی در مورد مش بندی توسط نرم افزار ANSYS    ۱۴۵
۹-۱۲- نکاتی در مورد تحلیل کمانش    ۱۴۸
۹-۱۳- تحلیل ورق های دایره ای شکل در نرم افزار ANSYS    ۱۴۹
۹-۱۴- حل مساله کمانش توسط دستورات APDL    ۱۶۰
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

مراجع

۱- مواد کامپوزیت با نگرش بر روشهای نوین آنالیز حرارتی- تالیف مهندس رضا فیروز بخش.

۲- Engineered Material Hand Book – Composites

۳- Mechanics of Composite Material by Jones

۴- ANSYS Help

۵- دوره آموزشی ساخت کامپوزیتها فایبرگلاسها، کامپوزیتهای کربنی، مترجم: مهندس مسعود اسماعیلی.

۶- بررسی رفتار پس از کمانش ورقهای کامپوزیت با تغییر مکان برشی، پایان نامه کارشناسی ارشد دانشگاه شریف. توسط: پژمان صالح ایزد خواست.

۷- تحلیل به روش المان محدود: مترجمین مهدی محبی، روزبه پناهی.

۸- تحلیل المان محدود به کمک ANSYS: تالیف محمدرضا شعبانعلی.

۹- ANSYS: تالیف محمدرضا جاهد مطلق، محمدرضا نوبان، محمد امین اشراقی.

۱-۱- 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[۱]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[۲] 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[۳] والیاف تقویت کننده فایبر گلاس[۴] 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[۵] 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[۶] با نوعی لاک به نام شلاک[۷] اقدام به ساخت قایقهای سبک و یک نفره می کردند. با وجود اینکه تئوری حاکم کاملاً صحیح بود ولی به علت عدم وجود مواد مناسب برای ساخت کامپوزیتها این قایقها چندان موفق نبودند.

در سالهای بین ۱۸۷۰ تا ۱۸۹۰ انقلابی در شیمی بوقوع پیوست. اولین رزینهای مصنوعی ساخت بشر توصعه یافت. رزینهای امروزی که به رزینهای پلیمری معروف هستند، از حالت مایع به حالت جامد توسط پیوند متقاطع مولکولی تبدیل می شوند. رزینهای مصنوعی اولیه شامل، سلولوئید، ملامین، و باکلیت[۸] بودند.

در اوایل دهه ۱۹۳۰ دو شرکت شیمیایی که روی توسعه رزینهای پلیمری فعالیت می کردند، عبارت بودند از “American Cyanamid” و “Dupont”. این دو شرکت در یک زمان به تکنولوژی ساخت پلی استر دست یافتند.

در همان زمان، شرکت شیشه “Owens-lllinois” شروع به ساخت الیاف شیشه به همان صورت بنیادی بافت پارچه نساجی نمود. در طی سالهای ۱۹۳۴، ۱۹۳۶ محققی به نام Ray Green در اوهایو این دو محصول جدید را ترکیب کرد و شروع به قالبگیری قایقهای کوچک نمود. بدین وسیله اولین کامپوزیت مدرن ساخته شد.

در طول جنگ جهانی دوم توسعه رادار به محفظه های غیر فلزی نیاز پیدا کرد و ارتش آمریکا با تعداد زیادی پروژه های تحقیقاتی، تکنولوژی نوپای کامپوزیتها را توسعه بخشید.

تکنولوژی صنعت کامپوزیتها در سالهای ۱۹۴۰ تا ۱۹۵۰ میلادی با استقبال و پیشرفت زیادی مواجه شد. اکثر روشهای قالبگیری و فرایند انجام کار روی کامپوزیتها در سال ۱۹۵۵ گسترش یافت.

کاربرد مواد کامپوزیت چنان گسترده و همه گیر شده است که شاید کمترین شاخه‌ای از علم از آن بی نصیب مانده باشد. ولی شاید بتوان صنایع هوا فضا، صنایع خودرو، صنایع نظامی، صنعت ساخت مخازن نگهداری مواد شیمیایی را از بزرگترین مصرف کننده های کامپوزیتها نامید. در مورد کاربرد کامپوزیتها به تفصیل در ادامه صحبت خواهد شد.

۱-۵- 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[۹]، ذرات صفحه ای[۱۰] و الیاف[۱۱] 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 بار بین الیاف عمل می کند و به علاوه آنها را از صدمات محیطی در اثر بالا رفتن دما و یا رطوبت و غیره حفظ می کند. بنابراین اگرچه الیاف باعث تقویت ماتریس می شوند اما ماده اخیر نیز اثرات مثبتی بر ماده کامپوزیت دارد.

از مواد مختلفی می توان در ساخت کامپوزیتها استفاده کرد و ظاهراً هم محدودیتی در زمینه انواع ترکیبات ممکن وجود ندارد. ولی براساس شکل مواد داخل کامپوزیت، می توان آنها را به پنج نوع ذیل تقسیم نمود.

۱- کامپوزیت الیافی[۱]: که شامل الیاف محاط شده در ماتریس هستند.

۲- کامپوزیت لایه‌ای[۲]: که شامل لایه ای از موادند که رویهم قرار گرفته اند.

۳- کامپوزیت ذره‌ای[۳]: که شامل ذرات محاط شده در ماتریس هستند.

۴- کامپوزیت پولکی[۴]: ساخته شده از پولک با یا بدون ماتریس.

[۱]  Fiber Composite

[۲]  Laminar Composite

[۳]  Partical Composite

[۴]  Flake Composite

[۱]  Cellulose

[۲]  Bamboo

[۳]  Polyester

[۴]  Fiber Glass

[۵]  Corvette

[۶]  Kraft

[۷]  Shellac

[۸]  Bakelite

[۹]  Particles

[۱۰]  Platelets

[۱۱]  Fibers

150,000 ریال – خرید نهایی کردن خرید مورد به سبد خرید اضافه شد

جهت دریافت و خرید متن کامل مقاله و تحقیق و پایان نامه مربوطه بر روی گزینه خرید انتهای هر تحقیق و پروژه کلیک نمائید و پس از وارد نمودن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت های عضو شتاب قادر به پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت آنلاین به صورت خودکار  لینک دنلود مقاله و پایان نامه مربوطه فعال گردیده که قادر به دنلود فایل کامل آن می باشد .