پس از انجام تست دینامیکی بر روی لاینر و بدست آوردن فشار ترکیدن دینامیکی این مخازن، به تقویت آنها به کمک پارچه‌های بافته‌شده کامپوزیتی پرداخته شد و اثر پارچه‌های کامپوزیتی مختلف موردبررسی قرارگرفت. این مخازن توسط پارچه‌های کامپوزیتی سوزنی (شبه‌ ایزوتروپیک)، ساتنی [0˚/90˚] و چندمحوره [45˚/-45˚] در تعداد لایه‌های مختلف تقویت‌گردید و اثرات آن‌ها با یکدیگر مقایسه‌شد.
در ادامه، به اثرات افزایش تعداد لایه‌ها بر روی تغییرات فشار ترکیدن دینامیکی در حالت استفاده از یک نوع پارچه کامپوزیتی، پرداخته‌شد.
در این پژوهش به بررسی اثرات پارچه‌های کامپوزیتی مختلف با تعداد لایه‌های یکسان پرداخته و میزان افزایش فشار ترکیدن دینامیکی این مخازن نسبت به لاینر فلزی موردبررسی قرار گرفت. درحالتی‌که از پارچه کامپوزیتی ساتنی [0˚/90˚]استفاده گردید، 24 درصد و با استفاده از پارچه‌های چندمحوره [45˚/-45˚]، 33 درصد و کامپوزیتی سوزنی، 46 درصد افزایش در فشار ترکیدن دینامیکی مشاهده‌ می‌شود.
در نهایت به بررسی اثر طول مخازن روی فشار ترکیدن دینامیکی پرداخته شد. نتایج حاکی از آن است که با توجه به قرار گرفتن هندسه این مخازن در گروه استوانه‌های متوسط افزایش طول اثر چندانی روی فشار ترکیدن دینامیکی ندارد. همچنین در این طرح نتایج به دست آمده با نتایج محاسبات تئوری مقایسه گردید که مطابقت خوبی مشاهده‌شد.
واژه‌های کلیدی: کامپوزیت ـ مخازن جدار نازک ـ تست دینامیکی ـ فشار ترکیدن دینامیکی ـ الیاف‌پیچی ـ فشار داخلی ـ زاویه پیچش
فهرست مطالب
فصل 1: مفاهیم ‌و ‌پیشینه ‌تحقیق1
1-1- تاریخچه2
1-2- معرفی انواع مخازن CNG3
1-2-1- مخازن نوع اول، مخزن تمام فلزی4
1-2-2- مخازن نوع دوم، مخزن کمرپیچ5
1-2-3- مخزن نوع سوم، مخزن تمام‌پیچ6
1-2-4- مخزن نوع چهارم، مخزن تمام‌کامپوزیتی7
1-3- مقایسه انواع مخازن:8
1-4- مقایسه کیفی مخازن ذخیره گاز طبیعی:9
1-5- تکنولوژی رشته‌پیچی9
1-5-1- مراحل فرآیند10
1-5-2- روش‌های الیاف‌پیچی10
1-5-3- مزایای و معایب رشته‌پیچی11
1-5-4- انواع ماشین های رشته پیچی11
1-5-5- فرآیند تولید12
1-5-6- الگوهای پیچش13
1-6- مخازن کامپوزیتی پیچیده‌شده با پارچه کامپوزیتی15
1-6-1- پیچش پارچه‌های زاویه‌دار (Angle-ply)15
1-7- مکانیک شکست مواد کامپوزیتی16
1-8- رابطه تنش ـ کرنش برای لایه ای با جهت دلخواه19
1-9- تخمین شکست22
1-9-1- تخمین شکست در یک لایه تک جهته23
1-9-2- تئوری شکست سای ـ وو24
1-9-3- معیار شکست اصلاح شده سای- وو27
1-9-4- مقدمه‌ای از تحلیل شکست تدریجی27
1-9-5- چند تئوری پس شکست28
فصل 2: مروری بر مقالات31
2-1- مقدمه32
2-2- مروری بر مقالات انجامشده32
2-3- نتیجه‌گیری42
فصل 3: دستگاه بارگذاری و نحوه ساخت مخازن43
3-1- معرفی دستگاه تست دینامیکی44
3-1-1- قابلیت‌های دستگاه بارگذاری دینامیکی44
3-1-2- اجزای دستگاه بارگذاری دینامیکی45
3-1-3- مدار هیدرولیک دستگاه47
3-1-4- ثبت نتایج دینامیکی48
3-1-5- آزمایشات دینامیکی:51
3-1-6- تعیین نوع مخازن51
3-1-7- تئوریهای شکست جونز52
3-1-8- تئوری حد بالا53
3-1-9- تئوری حد پایین53
3-2- انتخاب ضخامت صفحات دو انتها56
3-3- ضخامت قسمت استوانه‌ای57
3-4- فشار تئوری ترکیدن58
3-5- تعیین اجزای سازنده استوانه کامپوزیتی58
3-6- رزین‌ها60
فصل 4: نتایج تجربی تست‌های دینامیکی62
4-1- مقدمه63
4-2- شماره‌گذاری اختصاری نمونه‌های آزمایشی64
4-3- بررسی نتایج حاصل از نمونه‌ها65
4-4- بررسی نتایج دینامیکی و اثر هندسه مخازن استوانه‌ای67
4-5- بررسی اثرات پارامترهای مختلف بر روی فشار ترکیدن نمونه‌ها70
4-6- نتایج تست دینامیکی و قیاس آن با تحقیقات پیشین75
فصل 5: نتیجه‌گیری و پیشنهادات80
5-1- نتیجه‌گیری81
5-2- پیشنهادات83
مراجع84
پیوست‌ها89
فهرست اشکال
شکل (1-1) مخزن نوع اول [1]4
شکل (1-2) مخزن نوع اول5
شکل (1-3) مخزن نوع دوم [1]6
شکل (1-4) الف: مخزن نوع سوم ب: مخزن نوع چهارم [1]7
شکل (1-5) ماشین رشته پیچی الف: نوع افقی ب: نوع عمودی[15]12
شکل (1-6) شماتیکی از فرایند رشته پیچی[7]12
شکل (1-7) الف: پیچش قطبی، ب: پیچش مارپیچ، ج: پیچش محیطی14
شکل (1-8) پیچش وتری14
شکل (1-9) پیچش مرکب برای سازهایی با مقیاس بزرگ14
شکل (1-10) پیچش با استفاده از پارچه زاویه‌دار15
شکل (1-11) چرخش محورهای اصلی مواد20
شکل (1-12) وضعیت دو بعدی تنش ها بر روی یک لایه ارتوتروپیک نازک ]9[24
شکل (1-13) مقایسه بین معیار شکست الف: تسای ـ وو، ب: کرنش بیشینه، ج: آزی ـ تسای ـ هیل بر اساس اطلاعات تجربی یک کامپوزیت الیاف کربن ـ رزین اپوکسی ]9[26
شکل (1-14) لایه شکست خورده بار خود را تحمل می کند28
شکل (1-15) لایه شکست خورده به صورت تدریجی بار برداری می شود29
شکل (1-16) لایه شکست خورده به صورت لحظه ای بار برداری می شود29
شکل (1-17) رفتار غیر خطی لایه30
شکل (2-1) توزیع تنش شعاعی، محوری و محیطی در حالت فشار داخلی خالص تحت زاویه °5334
شکل (2-2) تغییرات فشار ترکیدن با افزایش زاویه پیچش35
شکل (2-3) شماتیک مخزن LPG36
شکل (2-4) مشخصات مخزن با ضخامت 3 میلی‌متر37
شکل (2-5) نمودار فشار برحسب افزایش حجم37
شکل (2-6) نمودار تغییر ضخامت لاینر در راستای محور مخزن39
شکل (2-7) نتایج آزمایش فشار ترکیدن داخلی40
شکل (2-8) تغییرات فشار ترکیدن بر حسب زاویه پیچش برای کامپوزیت های تک لایه41
شکل (2-9) مقایسه نتایج المان محدود و تحلیلی با نتایج تجربی در حالت متقارن در دمای اتاق41
شکل (2-10) نتایج تجربی فشار ترکیدن با افزایش زاوبه پیچش در نمونه‌های موردآزمایش41
شکل (3-1) دستگاه آزمون بارگذاری مخازن با نرخ متغیر45
شکل (3-2) تجهیزات داخلی دستگاه آزمون بارگذاری مخازن46
شکل (3-3) موتور محرک دستگاه و آکومولاتور46
شکل (3-4) تجهیزات تصویربرداری47
شکل (3-5) مدار هیدرولیکی دستگاه تست بارگذاری47
شکل (3-6) مجموعه شیرآلات سلنوئیدی دستگاه48
شکل (3-7) نمودار دریافت شده از تست دینامیکی (اسیلوسکوپ)49
شکل (3-8) تجهیزات مربوط به دیتا برداری دینامیکی49
شکل (3-9) سنسور فشار خروجی دستگاه بارگذاری50
شکل (3-10) منحنیهای کرانه‌ای مربعی برای اثر ترکیبی تنشهای تعمیم یافته (ــــ) منحنی دقیق، منحنی محیطیABCD و (— ) منحنی محاطی ]16[53
شکل (3-11) اثر فشار ترکیدن لاینر براساس کاهش شعاع55
شکل (3-12) اثر فشار ترکیدن لاینر به میزان افزایش طول لاینر56
شکل (4-1) نمودار فشار ـ زمان D-D100-L200-L65
شکل (4-2) ترک با زاویه 45 درجه در لاینر66
شکل (4-3) مقایسه قطر و طول دهانه ترک در حالت استاتیکی، شبه استاتیکی و دینامیکی66
شکل (4-4) نتایج فشار ترکیدن در حالت تئوری و تجربی برای هندسه‌های مختلف لاینر68
شکل (4-5) تمایل نمودار به حد بالای شکست در محدوده بارگذاری دینامیکی68
شکل (4-6) پیش‌بینی فشار ترکیدن استوانه‌ها تحت بارگذاری دینامیکی توسط مدل تجربی Jonse69
شکل (4-7) روند رشد ترک در راستای الیاف70
شکل (4-8) بررسی اثر نوع پارچه‌کامپوزیتی تقویت‌شده در تعداد لایه یکسان بر روی فشار ترکیدن70
شکل (4-9) بررسی اثر تعداد لایه‌های پارچه کامپوزیتی سوزنی بر روی فشار ترکیدن مخازن71
شکل (4-10) اثر کاهش قطر در افزایش فشار ترکیدن لاینر72
شکل (4-11) اثر افزایش طول مخزن در فشار ترکیدن در دو طول خاص73
شکل (4-12) مقایسه فشار ترکیدن لاینر با حالتی که توسط سه لایه پارچه [0˚/90˚]تقویت شده73
شکل (4-13) مقایسه نتایج فشار ترکیدن تجربی و تئوریک74
شکل (4-14) تغییرات فشار ترکیدن با افزایش زاویه پیچش75
شکل (4-15) مقایسه زاویه بهینه پیچش الیاف در محدوده بارگذاری‌های مختلف76
شکل (4-16) پدیده نازک شده در قسمت دهانه ترک79
فهرست جداول
جدول (2-1) نتایج فشار ترکیدن نمونه‌های پیچیده شده با لایه‌ها و مواد مختلف32
جدول (2-2) مقایسه نتایج تئوری و تجربی فشار ترکیدن اولین لایه با معیارهای مختلف33
جدول (2-3) معادلات جهت پیش بینی فشار ترکیدن38
جدول (3-1) تقسیم‌بندی مخازن استوانه‌ای ]17[52
جدول (3-2) حد بالا و پایین فشار ترکیدن لاینر55
جدول (4-1) نتایج حاصل از تست‌های بارگذاری دینامیکی روی نمونه‌ها67
جدول (4-2) اثر هندسه لاینر بر روی فشار ترکیدن لاینر درحالت تجربی با تئوری67
جدول (4-3) کاهش وزن مخازن کامپوزیتی و درصد افزایش استحکام نسبت به فلزی77
جدول (4-4) اختلاف پیش‌بینی فشار ترکیدن تجربی براساس معیارهای مختلف78
مفاهیم ‌و ‌پیشینه ‌تحقیق
تاریخچه
کشف این واقعیت که بسیاری از کشورها دارای منابع فراوان گاز طبیعی هستند و این که آلودگی CNG در مقایسه با سوخت‌های مایع بسیار کمتر می‌باشد، باعث گسترش بیش از پیش خودروهای گازسوز گردید. موتورهای بنزینی که گازسوز می شدند، توان کمتری نسبت به نمونه بنزینی داشتند، ولی با طراحی موتورهای اختصاصی CNG این مشکل رفع شد. امروزه به دلایل اقتصادی و زیست محیطی که در بالا بیان شد، صنعت خودروهای CNG سوز بسیار گسترش یافته است[1].
صنعت خودرو، خواهان تولید مخازن سبک‌تر بود تا اثر آن را به روی عملکرد وسایل نقلیه کم کند. بدین ترتیب در اواخر دهه70 تولید و توسعه مخازن کم وزن آغاز گردید و تاکنون در بسیاری از کشورها این مخازن مورد استفاده قرار گرفته می‌شود.
اولین مخازن کامپوزیتی در سال 1977 وارد بازار شدند. این سیلندرها از یک لاینر1 فلزی که با الیاف شیشه پیچیده شده بود و قبلاً کاربردهای فضایی داشت، ساخته شده بودند. در سال 1982 مخازن با لاینر آلومینیومی با پیچش محیطی الیاف شیشه در صنعت CNGمورد استفاده قرار گرفت.
این روند سبک‌سازی مخازن تا سال 1985 و با ارائه مخازن لاینر فولادی و الیاف شیشه ادامه داشت. گاز CNG برای استفاده در خودروها می بایست در فشار 200 بار یا 20 مگاپاسکال نگهداری شود که این امر اهمیت فراوان مخازن تحت فشار نگهدارنده گاز و همچنین استانداردهای موجود در این زمینه را نشان می‌دهد[2].
در اواخر دهه 80 طرح‌های کاملاً پیچیده شده با لاینرهای فلزی و پلاستیکی در سوئد، روسیه و فرانسه تولید شد. در آمریکا پس از توسعه استانداردها، تولید طرح‌های کامل رشته‌پیچی شده با لاینرهای نازک آلومینیومی و یا پلاستیکی با پوشش الیاف شیشه و یا الیاف کربن در سال 1992 آغاز شد[3].
به منظور کاهش هرچه بیشتر وزن مخازن CNG طرح‌های کامپوزیتی کاملاً پیچیده با لاینرهای فلزی یا پلاستیکی ارائه گردید. در این طرح‌ها الیاف به طور کامل به دور مخزن پیچیده شده بودند. وظیفه اصلی تحمل بار ناشی از فشار بر عهده الیاف‌پیچیده شده بود. بدینسان لاینرها دارای ضخامت کمی بودند. ساخت لاینر فلزی مخازن به شکل مستطیلی(جعبه ای)، عایق کاری آن را مشکل می کند و همچنین از استحکام کمتری به علت جوشکاری در درزها برخوردار می‌باشد. در مخازن استوانه‌ای در دو سر انتهایی، دو نیم کره عدسی شکل به روش‌های خاص شکل‌دهی ایجاد می‌گردند که نیاز به جوشکاری را از میان بر می‌دارد. البته بخش عمده‌ای از هزینه ساخت مخازن استوانه‌ای را هزینه همین قسمت‌های نیمکره‌ای تشکیل می‌دهد.
معرفی انواع مخازن CNG
به طورکلی مخازن CNG به شکل استوانه‌های یک پارچه و بدون درز می‌باشند که ابتدا و انتهای آن‌ها با قسمت‌های بیضوی شکل که دم2 نام دارند، بسته می‌شود. طبق استاندارد ISO 11439 مخازن CNGبه چهار دسته تقسیم می‌شوند که عبارتند از : [2]
مخازن کاملاً فلزی3
مخازن با لاینر فلزی و الیاف کامپوزیتی رشته‌پیچی شده به دور قسمت استوانه‌ای4
مخازن با لاینر فلزی و الیاف کامپوزیتی رشته‌پیچی شده به دور کل مخزن5
مخازن کاملاً کامپوزیتی با لاینر پلاستیکی6
مخازن نوع اول، مخزن تمام فلزی
این مخازن بدون درز و از جنس فولاد یا آلومینیوم می‌باشند. گرچه نوع آلیاژ مورداستفاده و همچنین تنش‌های طراحی این گونه مخازن در استاندارد مشخص نگردیده است ولیکن این گونه مخازن فولادی یا آلومینیومی باید آزمون‌های کارایی را بگذرانند. آزمون‌ها به دلیل اطمینان از چقرمگی و مقاومت در برابر تنش، خوردگی و ترک در جنس به کار رفته، صورت می‌گیرند. همچنین آزمون‌های سختی و فشار هیدرواستاتیک جهت اطمینان از استحکام مخزن نیز انجام می‌گیرند.
تولید این مخازن با استفاده از روش اسپینینگ7 یا کشش عمیق8 می‌باشد. وزن این مخازن نسبت به دیگر نمونه‌ها بیشتر می‌باشد. در این نوع مخازن، نسبت جرم به حجم آن‌ها بین 2/1 تا 5/1 کیلوگرم بر لیتر می‌باشد[3]. نمونه‌هایی از مخازن CNG نوع اول در شکل (1-1) نشان داده شده‌است.
مخزن نوع اول [1]
این مخازن از فولاد کروم – مولیبدن یا فولاد کربن – منگنز ساخته می‌شوند و طبق استانداردهای موجود این مخازن باید در فرآیندی بدون استفاده از جوش و به صورت بدون درز ساخته شوند. لذا این کپسول‌ها برای تحمل فشار کاری200 بار باید توان تحمل فشار تا 450 بار را داشته باشند. فشار ترکیدن در حداقل باید450 بار باشد و به همین دلیل ضخامت بدنه این مخازن بالاست. در شکل (1-2) یک مخزن نوع اول نمایش داده شده‌است.
مخزن نوع اول
مخازن نوع دوم، مخزن کمرپیچ
این نوع مخازن دارای یک لایه‌داخلی از جنس فولاد یا آلومینیوم بدون درز است و قسمت استوانه‌ای این لایه‌داخلی، توسط الیاف شیشه، آرامید، کربن یا مخلوطی از آن‌ها که آغشته به رزین است به صورت محیطی پیچیده شده‌است (شکل (1-3)) [2]. ساختار کامپوزیتی این مخازن، این امکان را به وجود می‌آورد که بتوان از ضخامت قسمت فلزی کاست و درنتیجه مخزن سبک‌تری بدست آورد. این مخازن در جهت شعاعی به جز دو قسمت ابتدایی و انتهایی تقویت شده‌اند.
بنا به محاسبات مکانیکی دو انتهای مخزن به علت شکل کروی آن‌ها تحمل تنش بیشتری را نسبت به قسمت استوانه‌ای مخازن دارند ولی در فرآیند تولید در حال حاضر نمی‌توان ضخامت کمتری را در آن ایجاد کرد. به این ترتیب محاسبات طراحی بر اساس قسمت نازک‌تر مخازن انجام می‌شود. در مخازن نوع دوم از ضخامت کمتری برای ساخت مخزن استفاده‌شده و قسمت استوانه‌ای آن برای رسیدن به سطح تحمل تنش و فشار موردنظر با مواد کامپوزیت که بسیار سبک‌تر از فولادند تقویت شده و به این ترتیب مخازن سبک‌تری تولید می‌شود. در این نوع مخازن، نسبت جرم به حجم آن‌ها بین 7/0 تا 4/1 کیلوگرم بر لیتر می‌باشد[3].
مبنای طراحی این نوع مخازن بر توانایی آستر فولادی یا آلومینیومی در تحمل فشار بالا می‌باشد. در این مورد این نوع مخازن CNGاین نکته شایان توجه است که فشار اضافی و دمای بالاتر باعث ازبین رفتن کیفیت پوشش کامپوزیت نخواهدشد. این نوع مخازن از الیاف‌پیچی پیوسته9 ساخته می‌شوند که برای ساخت آن‌ها از آسترهای فولادی یا آلومینیومی استفاده می‌گردد و به آن‌ها مخازن پیچش محیطی10 گفته می‌شود. این مخازن از سال 1980 میلادی ساخته می‌شوند و مبنای طراحی آن‌ها توانایی آسترهای فولادی در تحمل بیشینه فشار پرشدن مخزن می‌باشد. این امر به طراحان اجازه استفاده از آسترهایی با تحمل تنش بیشتر از حد معمول را می‌دهد.
مخزن نوع دوم [1]
مخزن نوع سوم، مخزن تمام‌پیچ
این مخازن دارای یک لایه آستری از جنس فولاد یا آلومینیوم بدون درز بوده و تمام این لایه داخلی توسط الیاف شیشه، آرامید، کربن یا مخلوطی از آن‌ها که آغشته به رزین است در راستای محیطی و قطبی پیچیده شده است (شکل 1-4)) [2]. این ساختار کامپوزیتی که به مخزن داده می‌شود، این امکان را بوجود می‌آورد که بتوان از ضخامت قسمت فلزی کاست و در نتیجه مخزن سبک‌تری را نسبت به مخازن نوع اول و دوم به دست آورد. در این نوع مخازن، نسبت جرم به حجم آن‌ها بین 5/0 تا 7/0 کیلوگرم بر لیتر می‌باشد [3].
الف: مخزن نوع سوم ب: مخزن نوع چهارم [1]
این مخازن با الیاف کامپوزیت در جهت محیطی و محوری تقویت شده‌اند. این گونه مخازن از اواسط دهه 70 میلادی برای ذخیره گاز اکسیژن در مصارف پزشکی استفاده می‌شوند. تقویت این مخازن با الیاف کامپوزیت در دو جهت، قابلیت تحمل فشار را نسبت به مخازن نوع دوم، افزایش می‌دهد.
مخزن نوع چهارم، مخزن تمام‌کامپوزیتی
این مخازن شبیه مخازن نوع سوم هستند با این تفاوت که لایه داخلی این نوع مخزن دارای یک آستری از جنس پلیمر بدون‌درز هستند و تمام لایه داخلی توسط الیاف شیشه، آرامید، کربن یا مخلوطی از آن‌ها که آغشته به رزین است پیچیده شده‌اند و لایه خارجی کاملاً از مواد کامپوزیتی ساخته می‌شود[2]. لاینر معمولاً از جنس پلاستیک فشرده پلی‌اتیلنی HDPE می‌باشد. این نوع مخازن با الیاف کامپوزیت در جهت محیطی و قطبی تقویت شده‌اند و قابلیت تولید در ابعاد بزرگ‌تر و با قطر بیشتر را دارند (شکل (1-4)). در این نوع مخازن، نسبت جرم به حجم آن‌ها بین 3/0 تا 35/0 کیلوگرم بر لیتر می‌باشد[3]. مخازن نوع 4 دارای کمترین وزن می‌باشند که حتی با سیستم سوخت بنزینی قابل‌مقایسه هستند. اشکال عمده این مخازن ایجاد نشتی به مرور زمان در محل اتصال نافی فلزی11 و آستر پلیمری می‌باشد.
همچنین به علت عدم انتقال حرارت مناسب آستری پلاستیکی، حین سوخت‌گیری سریع در این مخازن افزایش دمای نسبتاً بیشتری ایجاد می‌شود. از جمله مزایای این نوع مخازن احتمال کم ترکیدگی مخزن در حوادث می‌باشد.
این مخازن از مواد پلیمری در ساخت این مخازن از تکنولوژی بسیار بالائی که عمدتاً در ساخت سازه‌های فضائی به کار می‌رود استفاده شده‌است محل نصب شیر و شیرهای خروجی از جنس آلومینیوم می‌باشند که با روش خاصی به لایه داخلی متصل می‌گردند. به دلیل اختلاف ضریب انبساطی حجمی آلومینیوم و مواد پلیمری در اثر تغییرات دمایی و فشار داخل مخزن ممکن است این دو ماده از هم جدا شوند و مخزن دچار نشتی گردد. ایمن‌سازی مخزن در برابر این پدیده یکی از پیچیدگی‌های ساخت این مخازن است.
مقایسه انواع مخازن:
مخازن دارای فشار کاری 200 بار در دمای 15 درجه سانتیگراد برای گاز طبیعی می‌باشند که بیشینه فشار پرکردن 260 بار است. حداقل فشار آزمون به کار رفته در ساخت مخزن 5/1 برابر فشار کاری می‌باشد. حداقل فشار انفجار در مخازن نوع اول نباید از 450 بار کمتر باشد، برای مخازن کامپوزیتی نوع دوم، سوم و چهارم که دارای الیاف کربنی هستند، پوسته کامپوزیتی می‌بایست دارای حداقل فشار انفجار 470 بار باشد. برای مخازن نوع اول، همچنین برای آسترهای مخازن نوع دوم و سوم می‌بایست از فولاد یا آلومینیوم استفاده کرد. کامپوزیت نیز شامل الیاف شیشه، آرامید یا کربن است که با رزین‌های ترموست (اپوکسی، پلی‌استر، ونیل‌استر و غیره) یا رزین‌های پلی‌آمید، پلی‌اتیلن و غیره آغشته شده‌اند.
از لحاظ عمر مخازن، هر نوع مخزن طبق استاندارد باید تا 15 سال تحت فشار کاری دوام داشته باشد. پس از آن درصورت رعایت نشدن الزامات ایمنی باید تعویض گردند. مخازن نوع اول به دلیل یکپارچه بودن از فلز قابل بازیافت خواهند بود. در مخازن نوع دوم و سوم لاینرها قابل بازیافتند اما بخش کامپوزیتی به دلیل استفاده از رزین‌های گرما سخت به راحتی مواد فلزی قابل بازیافت نیستند]4[.
مقایسه کیفی مخازن ذخیره گاز طبیعی:
در مقایسه فناوری‌های ذخیره گاز طبیعی، استفاده از مخازن آلومینیومی در مقایسه با مخازن فولادی باعث کاهش وزن می‌شود. مخازن نوع 4 دارای کمترین وزن می‌باشند که حتی با سیستم سوخت بنزین قابل‌مقایسه هستند. با درنظر گرفتن وزن و ظرفیت ذخیره در مخازن فشرده، هزینه مواد، تجهیزات و هزینه‌های تولید می‌توان هزینه تولید مخازن مختلف را با هم مقایسه کرد. در این تحلیل اقتصادی، با توجه به اینکه استحکام کم آلومینیوم باعث افزایش ضخامت دیواره مخزن می‌شود، استفاده از فولاد برای تولید مخازن نوع 1و 2 ترجیح داده می‌شود. تولید مخازن نوع 3و 4 بوسیله الیاف کربن با کارائی بالا باعث افزایش هزینه تولید می‌گردد. علت مخالفت با تولید مخازن با استفاده از الیاف کربنی، کاهش هزینه‌های تولید، استفاده بهینه از تجهیزات زیربنائی و کاهش هزینه‌های بالاسری می‌باشد. با توجه به این پارامترها ظرفیت تولید مناسب برای مخازن نوع 1، صد تا دویست هزار مخزن درسال و ظرفیت تولید مناسب برای مخازن نوع 3و 4 پانزده تا سی‌هزار مخزن در سال برآورد می‌شود. علت تولید کم مخازن کامپوزیتی در ادامه موردبحث می‌باشد. [10]
تکنولوژی رشته‌پیچی12
برای چندین سال هدف اولیه از ساخت و پروسه مهندسی، اشتراک‌گذاری تکنیک‌های خودکار پیشرفته ساخت کامپوزیت در ساختارهای متفاوت بوده است. در این میان صنایع به دنبال کاهش هزینه و وزن می‌گشت. بدین منظور رشته‌پیچی، خواباندن نوارها13 به صورت اتوماتیک، استفاده از ربات‌ها و دیگر تکنیک‌ها به طور گسترده‌ای در بازار ارائه شد. در این میان رشته‌پیچی یک تعدادی از مزایا را بیشتر از دیگر تکنیک‌های ساخت پیشنهاد می‌کند. زیرا رشته‌های پیوسته، ارزان‌ترین و مستحکم‌ترین حالت الیاف تقویت‌کننده می‌باشند. به‌علاوه، اتوماتیک‌کردن تجهیزات تقویت‌کننده هزینه‌های آزمایشگاهی را کاهش و قابلیت ساخت و تولید مجدد را افزایش می‌دهد و به کاهش نرخ ضایعات کمک می کند[5].
مراحل فرآیند
در اکثر فرآیندهای پیچش الیاف کامپوزیتی مراحل زیر رعایت می‌شود:
انجام‌دادن پیچش، دادن حرارت تا دمای پلیمریزاسیون، نگه داشتن در دمای ثابت و یا دمای متغیر با زمان، سرد کردن تا زیر دمای تبدیل شیشه و رساندن به دمای اتاق، در نهایت خارج‌کردن محصول از مندرل.
معمولاٌ در پروسه پیچش از زمینه ترموست استفاده می‌کنند، با این وجود پژوهش‌های جدید امکان استفاده از زمینه ترموپلاستیک را فراهم کرده‌است. الیاف متداول مورداستفاده در این روش، الیاف شیشه، کربن، آلی (آرامید و پلی‌اتیلن) می‌باشد ]14[.
روش‌های الیاف‌پیچی
دو روش متفاوت الیاف‌پیچی وجود دارد:
الف- پیچش تر
الیاف از یک حمام رزین عبور داده می‌شود و حول یک محور (مخزنCNG ) دوار پیچیده می‌شوند.
ب – پیچش خشک
الیاف به دور نمونه پیچیده‌شده و سپس به رزین آغشته‌شده و حول محور دوار پیچیده می‌شوند از این روش بیشتر برای تولید مخازن با پوشش کامپوزیت تقویت‌شده استفاده می‌شود.
روش پیچش تر در مقایسه با روش از پیچش خشک مزایائی دارد که عبارتنداز:
هزینه پائین مواد اولیه
زمان کوتاه پیچش
سهولت تغییر ترکیب رزین مطابق با خاصیت موردنیاز
مزایای و معایب رشته‌پیچی
اصلی‌ترین امتیاز سازه‌های رشته‌پیچی نسبت بالای استحکام به وزن است. یعنی در هرجا که وزن کم با مقاومت بالا فاکتور اساسی باشد، کاربرد دارند. البته این سازه‌ها مانند سایر کامپوزیت‌های تقویت‌شده، مقاوت به ضربه و عوامل محیطی، ضریب دی‌الکتریک بالا و انبساط حرارتی پایینی دارند[6].
یکی از محدودیت‌های این روش، مقاومت برشی بین لایه‌های مختلف سازه‌های رشته‌پیچی شده است که در کاهش خواص و استحکام این گونه سازه‌ها تأثیر دارد. این مقاومت به میزان اتصال بین الیاف و رزین وابسته است. این نوع سازه‌ها قدرت تحمل تنش‌های متمرکز14 را به ویژه در مجاورت سوراخ‌ها و بریدگی‌های تند ندارد و استفاده از قطعات واسطه فلزی در این محل‌ها ضروری است. محدودیت‌هایی که در ساخت اشکال و سطوح فضائی پیچیده وجود دارند از دیگر معایب این روش می‌باشند[6]. رشته‌پیچی برای آن محصولاتی که کانتور سطح خارجی مناسبی دارند، محدود می‌شود[5].

انواع ماشین های رشته پیچی
ماشین‌های رشته‌پیچی بر اساس الف- هماهنگی حرکت و رفت و برگشت راهنمای نخ و حرکت دورانی قالب. ب- حفظ زاویه‌پیچش در حین عمل و ج- قرار دادن الیاف در کنار هم برای پوشاندن سطح قالب طراحی می‌شوند. ماشین‌های رشته‌پیچی به دو دسته عمده افقی و عمودی تقسیم می‌شوند که هرکدام نوع خاصی از پیچش را با سرعت، دقت و کارایی بیشتر انجام می‌دهند (شکل (1-5)) [6].
ماشین رشته پیچی الف: نوع افقی ب: نوع عمودی[15]
فرآیند تولید
یک تعداد زیادی از الیاف‌های روینگ از میان یک سری از قرقره‌ها عبور کرده و به سمت یک حمام مایع رزین حاوی مایع رزین، کاتالیست و دیگر ذرات از جمله پیگمنت‌ها (رنگ دانه ها) و جاذب‌های اشعه UVکشیده می‌شود. کشش الیاف توسط راهنماهای فایبر یا میله‌های برش قرارگرفته بین هر قرقره و حمام رزین کنترل می‌شود. قبل از وارد شدن به حمام رزین، معمولاً روینگ‌ها به‌وسیله عبور دادن آن‌ها از یک شانه از جنس فولاد ضد زنگ به سمت یک باند جمع می‌شوند[9].

شماتیکی از فرایند رشته پیچی[7]
در انتهای تانک رزین، روینگ های آغشته به رزین به درون یک وسیله زدودن کشیده می شود که رزین اضافی را از روی روینگ‌ها خارج می کند و ضخامت روکش‌دهی رزین را حول هر روینگ کنترل می‌کند. اکثر وسایل زدودن که عموماً استفاده می‌شود، یک مجموعه‌ای از غلتک‌های فشرده می‌باشد که در آن موقعیت غلتک بالایی برای کنترل مقدار رزین به خوبی کنترل کشش در روینگ فایبر انتخاب می‌شود. دیگر تکنیک برای زدودن روینگ‌های آغشته به رزین، این است که هر روینگ به طور جداگانه از میان یک دریچه کشیده شود. این روش اخیر کنترل بهتری از مقدار رزین را تأمین می‌کند[8]. یک مرتبه که روینگ ها به طور کامل آغشته شدند و زدوده شدند، آن ها با همدیگر در یک باند مسطح جمع می شوند و بر روی مندرل قرار می گیرند (شکل (1-6)) [9].
الگوهای پیچش15
زاویه بین خط مماس بر امتداد الیاف و محور مندرل را در هر نقطه زاویه پیچش16 نامند[6]. قدرمطلق اندازه زاویه پیچش از صفر تا 90 درجه تغییر می‌کند.

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

اگر زاویه پیچش کوچک باشد، α) | α | < 25˚ زاویه‌پیچش)، نوع پیچش قطبی17 خوانده می‌شود. درصورتی که زاویه‌پیچش بسیار کوچک شود (به سمت صفر میل کند) نوع پیچش طولی18 نامیده می شود (شکل (1-7)).
اگر زاویه پیچش بزرگ باشد (معمولاً 25˚ ≤ | α | ≤ 90˚)، به نوع پیچش مارپیچ19 گفته می‌شود و اگر این زاویه بسیار بزرگ باشد ( به سمت 90 میل کند ) نوع پیچش محیطی20 نامیده خواهد شد [6].
الف: پیچش قطبی، ب: پیچش مارپیچ، ج: پیچش محیطی
پیچش الیاف ترکیبی از سه حرکت که دوتای آن‌ها حرکت چرخشی در دو صفحه و یکی حرکت انتقالی است می‌باشد. روش پیچش وتری که شامل دو حرکت چرخشی است.
پیچش وتری
روش آخر شامل سه حرکت چرخشی است. سینماتیک این روش شامل ترکیبی از دو چرخش به دور محورهای ناعمود و ترکیبی از دو چرخش به دور محورهای عمود بر هم می‌باشد، که معمولاٌ برای سازه‌های بزرگ استفاده می‌شود.
پیچش مرکب برای سازهایی با مقیاس بزرگ
مخازن کامپوزیتی پیچیده‌شده با پارچه کامپوزیتی
با توجه به این که در این طرح از پارچه بافته شده جهت تقویت مخازن استفاده شدهاست، به تحقیق مشابهی اشاره شده و در ادامه به نحوه تحلیل شکست و ترکهای حاصله پرداخته میشود ]13[.
پیچش پارچه‌های زاویه‌دار (Angle-ply)
میزان اطمینان مخازن ساخته‌شده به‌وسیله پیچش پارچه‌های °90 (Cross-ply) را می‌توان با استفاده از پیچش پارچه‌های زاویه‌دار (Angle-ply) افزایش داد. چنین پارچه‌هایی در حالتی ایجاد می‌شوند که بر روی پارچه‌های یک طرفه، رشته‌هایی بر روی مسیر لاینر پیچیده شوند. در پارچه‌های یک ‌طرفه و °90، استحکام پارچه تحت تنش را، در یک یا دو جهت کنترل می‌نمایند، ولی در پارچه‌های زاویه‌دار الیاف استحکام برشی را نیز کنترل می‌نمایند ]13[.
پیچش با استفاده از پارچه زاویه‌دار
پوسته استوانهای را درنظر بگیرید که تحت فشار داخلی P‌ به طور یکنواخت قرار دارد و از پیچش الیاف با زاویه φ ± با توجه به محور نصف‌النهاری ساخته‌شده است. تنش نصف‌النهاری (‌ ) و تنش محیطی () میباشد. معادله تنش ها به مقادیر زیر منتج می‌شود:

همچنین می‌دانیم، با قرار دادن φ = 0 در معادله زیر ، برقرار میباشد.

ضخامت پوسته پیچیده‌شده به‌صورت محیطی را می‌توان به کمک سرعت مناسب پیچش کنترل نمود، در نتیجه، استحکام یکنواختی را موجب میشود و موجب مشکلات ساخت نمی‌شود. نهایتاً، به علت این‌که در φ = 0 ، محورهای منطبق بر جهات تنش‌های اصلی می‌باشد، روابط ذکرشده برای کلگی با اشکال مختلف صادق می‌باشد. درنتیجه انتظار میرود که مخزن پیشنهادی قابلیت اطمینانی نزدیک به مخازن فلزی داشته‌باشد.
شکل نصف‌النهار پوسته به زاویه پیچش φ یا به‌طورکلی r یا z وابسته می‌باشد. این وابستگی به قیود ساخت را نیز تأمینکند.
مکانیک شکست مواد کامپوزیتی
مواد کامپوزیتی خصوصیات زیادی دارند که آنها را از مواد ایزوتروپیک متمایز میکنند و استفاده از مکانیک شکست الاستیک خطی را مشکل میکند. تعمیم به مواد همگن ناهمسانگرد21 باید به صورت مستقیم باشد، زیرا هیچ یک از اصول اولیه در مکانیک شکست تغییری نیافته است. بنابراین تقریب مواد کامپوزیتی به وسیله مواد ناهمسانگرد همگن عمل متداولی است. سپس پارامترهای شدت تنش برای مواد ناهمسانگرد با استفاده از تکنیکهای نگاشت با متغیر موهومی، محاسبه میشوند ]41[.
Wu ، توزیع تنش حول نوک ترک را در مواد ناهمسانگرد بدست آورده است. او دریافت که شدت تنش‌های نه تنها به وسیله پارامترهای و وابسته است، بلکه به وسیله توابع خصوصیات مواد ناهمسانگرد و جهت ترک نسبت به جهات اصلی ماده، کنترل می‌شود. یک ساده‌سازی این است که ترک در یک جهت ثابت نسبت به جهات اصلی ماده، باقی می‌ماند. اگرچه ماده اورتوتروپیک میباشد و ترک موازی جهات اصلی ماده است، مود بازشدن هم دارای تنشهای متقارن و هم مورب ـ متقارن در توزیع تنش حول نوک ترک، می باشد.
Wu، به یک سری آزمایشات پرداخت تا کاربردی بودن مکانیک شکست الاستیک خطی را بر روی مواد کامپوزیتی بررسیکند. او به بررسی صفحاتی از جنس الیاف شیشه ـ اپوکسی تک جهته همراه با ترکهایی که مرکز آنها در جهت الیاف بود را تحت کشش، برش خالص و ترکیب کشش و برش بررسی نمود.
او بار بحرانی و طول ترک در نخستین رشد سریع ترکها را ضبط نمود و دریافت که ترکهای انتشار یافته، در یک خط مستقیم با ترک اصلی ایجاد می شود. علاوه بر این بارهای متقارن که منجر به مود باز شدن ترک میشود و بارهای مورب ـ متقارن منجر به مود لغزشی یا برشی مستقیم میشود.
برای مسیر بار (1) ، فاکتورهای شدت تنش به شکل زیر هستند:

و فاکتورهای شدت تنش بحرانی، برابراند با:

که تنش بحرانی و طول ترک بحرانی در نخستین ترکهای انتشار یافته می باشد. اگر یک ثابت حقیقی ماده باشد، که فرض ما بر این است، پس نمودار داده های تجربی در مقابل ، باید به صورت یک خط مستقیم با شیب 5/0- باشد. زیرا معادله فوق به شکل زیر در می آید:

در حقیقت شیب شکل زیر 49/0- است، بنابراین تئوری مشخصاً در یک لامینای اورتروپیک همراه با ترک هایی در طول الیاف، کاربردی است.
تمام تلاش ها جهت پیش بینی رشد ترک و خستگی در لمینیت کامپوزیت متأثر از حالت یکتا و پیچیده که در آن ترکها می تواند در یک لمینیت رشد کنند، می باشد. ترک ها تمایل به رشد در ماتریس موازی با الیاف دارند ]35[.
رابطه تنش ـ کرنش برای لایه ای با جهت دلخواه
تئوری لایه‌گذاری کلاسیک که توسط جنز22 به طور کامل تشریح شده‌است، جهت پیدا کردن تنش‌ها در سیستم مختصات محلی فایبرها استفاده می‌شود. محاسبه خواص لایه‌های رشته‌پیچی که توسط پروسه ساخت به‌طور بالانس‌شده می‌باشند (مقدار مشابه از مواد جهت‌گیری شده در +α و –α با ملاحظه به محور دوران)، ساده‌تر از حالت کلی روی هم قرار دادن می‌باشد. دلیل آن این است که یک لایه متعادل اثرات کوپلینگ بین کشش‌های درون صفحه‌ای23 و برش‌های درون صفحه‌ای را نشان نخواهد داد ]9[.
به هرحال نیاز به بررسی لایه‌هایی می‌باشد که جهات اصلی آن‌ها با جهت مبنا متفاوت می‌باشد. مخازن کامپوزیتی رشته‌پیچی شده از این دسته از مواد می‌باشند. برای بررسی یک صفحه که مختصات آن در صفحه x-y می‌باشد و جهت اصلی آن در صفحه 2-1است، ارتباط تنش‌ها در این دو صفحه بر اساس ماتریس انتقال به صورت زیر بیان می‌شود:

که در این رابطه، α زاویه بین محور x با جهت اصلی فایبر 1 می‌باشد.
چرخش محورهای اصلی مواد
به همین ترتیب می‌توان این ارتباط را به کرنش‌ها نیز تعمیم داد. سپس با ارتباط بین روابط تنش و کرنش می‌توان نوشت:

که در آن ]11[:

توجه شود که زیرنویس 6 برای سومین سطر یا ستون استفاده شده است. این عنصرمربوط به عضوهای متناظر ماتریس 6×6 است که در آن عبارت برش صفحه‌ای ششمین عنصر تنش یا کرنش می‌باشد. یک فرض اساسی از تئوری لایه‌گذاری این ‌است‌که لایه‌ها به طورکامل به یکدیگر چسبیده باشند. بنابراین کرنش‌های صفحه‌ای برای همه لایه‌ها ثابت هستند. با جمع کردن نیروهای اعمالی بر روی صفحه y وx از چندلایی می‌توان نوشت ]12[:

یا

که ، و تنش‌های منتجه می‌باشند که بر روی لایه عمل می‌شوند وماتریس بسط داده شده بر سفتی می‌باشد. نیروهای موجود در مخزن (بر واحد طول) در اثر فشار به دو قسمت تقسیم می شود ]19[:
نیروهای نصف النهاری

نیروهای محیطی

که در آن و به ترتیب شعاع طولی و شعاع مماسی انحناء می باشند.
برای یک لایه تشکیل شده از لایه های متعادلα ±، اعضای ماتریس A می تواند با توجه به شرایط زیر در هر لایه، ساده شود:

بنابراین اگر کل چند لایی شامل لایه های کامپوزیت از لایه های ± تشکیل شده باشد، برای کرنش در لایه ها خواهیم داشت ]11[:

که در آن و برابر صفر می باشند.
این کرنش‌ها می‌توانند برای هر لایه به مختصات محلی انتقال داده شوند و سپس تنش‌ها برای هر لایه کامپوزیت در مختصات محلی بدست آید. برای لایه ±α ، لازم نیست که تنش‌ها برای هر لایه +α و α – محاسبه شود، بلکه تنها تفاوت در علامت تنش برشی خواهد بود که در تخمین شکست مهم نمی‌باشند.
تخمین شکست
تحلیل طراحی یک قطعه توسط مقایسه کردن تنش‌های (یا کرنش‌ها) ناشی از بارهای اعمال‌شده با استحکام مجاز (یا ظرفیت کرنش) ماده ایفا می‌شود. در مورد ناحیه‌های تنش‌های دو محوری یا چندمحوری، یک تئوری شکست مناسب برای این مقایسه‌کردن استفاده می‌شود. برای یک ماده ایزوتروپ که حالت تسلیم شدن را ابراز می‌کند، همچون یک فولاد نرم یا یک آلیاژ آلومینیومی، به‌طور عمومی تئوری بیشترین تنش برشی24 یا تئوری انرژی اعوجاج25 (معیار تسلیم ون ـ میزز) برای طراحی در مقابل تسلیم‌شدن استفاده می‌شوند. پلیمرهای الیاف تقویت‌شده نه ایزوتروپ هستند و نه تسلیم‌شدن کلی را به نمایش می‌گذارند. بنابراین، تئوری‌های شکست بسط داده‌شده برای فلزات یا دیگر مواد ایزوتروپ برای مواد کامپوزیتی قابل اجرا نیستند]9[.
تخمین شکست در یک لایه تک جهته
شرایط یک تنش صفحه‌ای از یک لایه ارتوتروپیک شامل الیاف تک‌جهته در یک زاویه جهت‌گیری فایبر θ با توجه به محور x در نظر گرفته می شود (شکل (1-12)). چهار ثابت الاستیک مستقل به نام های ، ، و برای تعریف مشخصات الاستیک آن موردنیاز می‌باشد. خواص استحکام آن نیز توسط پنج مقدار استحکام مستقل مشخص می شود:
: استحکام کششی طولی
: استحکام کششی متقاطع
: استحکام فشاری طولی
: استحکام فشاری متقاطع
: استحکام برشی صفحه ای
وضعیت دو بعدی تنش ها بر روی یک لایه ارتوتروپیک نازک ]9[
تئوری شکست سای ـ وو26
معادلات کلی سه بعدی معیار تسای- وو به صورت زیر می‌باشد ]21[:

یک ضریب خطی می‌باشد که بارهای محوری را شامل می‌باشد، و عبارت درجه دو تنش می‌باشد.عبارتی است که تأثیر برهم کنش تنش‌های نرمال مختلف را شامل می‌شود که در آن،ها ضرایب استحکام نامیده می‌شوند و توسط معادلات زیر بدست آورده می‌شوند:

تحت وضعیت تنش صفحه ای، اگر و هنگامی که معادله زیر ارضاء شود، تئوری تسای ـ وو، شکست را در یک لایه ارتوتروپیک تخمین می زند ]21[:

شکل (1-13) مقایسه بین تئوری کرنش بیشینه، تئوری آزی ـ تسای ـ هیل و تئوری تسای ـ وو را با یک مجموعه از داده های تجربی برای یک لایه الیاف کربن- اپوکسی نشان می دهد. همانطور که مشاهده می‌شود، تئوری تسای ـ وو بهترین براندازی داده ها را نشان می دهد ]9[.
مقایسه بین معیار شکست الف: تسای ـ وو، ب: کرنش بیشینه، ج: آزی ـ تسای ـ هیل بر اساس اطلاعات تجربی یک کامپوزیت الیاف کربن ـ رزین اپوکسی ]9[
معیار شکست اصلاح شده سای- وو27
تئوری شکست اصلاح شده تسای- وو توسط ردی28 پیشنهاد شد.
همان طور که در قبل گفته شد، معادله کلی به صورت زیر می باشد:

برای تعیین حالت شکست، عبارت های معیار تسای- وو به سه معادله نشان داده شده در زیر تقسیم می‌شود]25[:
برای فایبر

برای ماتریس

برای ضخامت

مقدمه‌ای از تحلیل شکست تدریجی29
برای انجام یک تحلیل شکست تدریجی، لازم است که چندین حالت‌های شکست و برای اعمال، یک مدل تدریجی مناسب از خواص ماده مشخص شود. درحال‌حاضر تعداد اندکی از مطالعات درباره معیار برای شکست و مدل آسیب از ساختار کامپوزیتی موجود می باشد. دو نوع از معیار شکست برای کامپوزیت‌ها وجود دارد. در نوع اول که حالت‌های شکست تشخیص داده می‌شود و در نوع دیگر که حالت‌های شکست نمی‌تواند مشخص شود و معیار شکست به طور کلی به صورت معادله چند جمله ای بیان می‌شود. به عنوان مثال در تئوری ماکزیمم کرنش مشخص است که اگر عدد بدست آمده در راستای مشخص زیاد باشد، حالت شکست در آن راستا یا در فایبر یا در ماتریس بوجود آمده است ولی در تئوری تسای ـ وو نمی توان بیان کرد که عدد بدست آمده نشان دهنده چه حالتی از شکست می باشد.
چند تئوری پس شکست
در روش هان ـ تسای، فرض می شود که هر لایه شکست خورده بار خود را تحمل خواهد کرد (باری که در هنگام شکستنش تحمل می کرده است) تا وقتی که شکست کل چندلایی اتفاق بیفتد (شکل (1-14)) ]24[.
لایه شکست خورده بار خود را تحمل می کند
مسئله با تحلیل خطی توسط جایگذاری مدول یانگ و مدول برشی لایه‌های افول یافته با مقادیر کاهش‌یافته قابل قبول می‌باشد.
تحقیق پتیت و وادوپس تلاش در افول تدریجی ماده توسط بار برداری بود. در این روش، لایه شکسته‌شده به تدریج بار برداری می شود. به طور ریاضی، این با دادن مدول های مماسی با مقادیر منفی زیاد (شکل (1-15)) انجام می‌شود ]24[.
لایه شکست خورده به صورت تدریجی بار برداری می شود
تئوری چیو فرض کرده است که بار برداری لحظه ای برای لایه‌های شکسته شده به صورت شکل (1-16) صورت می‌گیرد. چیو حالت شکست را توسط تست کردن کرنش‌ها در لایه‌های تکی تعیین کرد و مشاهده نمود که لایه‌های شکسته‌شده در جهتی که شکست اتفاق افتاده‌است، باربرداری می شود ]24[.
لایه شکست خورده به صورت لحظه ای بار برداری می شود
ناهاس فرض کرد که لایه های شکسته شده به صورت تدریجی پیرو یک تابع نمایی در جهت شکست باربرداری می شوند (شکل (1-17)) ]24[.
رفتار غیر خطی لایه
یکی از بیشترین روش های متداول که برای افول خواص مواد استفاده می شود، تئوری نزول لایه که متعلق به دسته بندی بار برداری لحظه ای می باشد. در هر مرحله بارگذاری، با بدست آوردن کرنش‌ها و تنش‌های بوجود آمده در هر لایه و مقایسه آن ها با خواص مجاز ماده می توان با یک تئوری، شکست آن را تشخیص داد. اگر شکست لایه تشخیص داده شد، همان طور که معیار شکست تعیین می کند، خواص لایه به یک مدل تدریجی خاص تغییر می کند. در این روش، یک یا چند خواص الاستیک ماده یک لایه در زمانی که شکست تشخیص داده می شود برابر صفر یا یک ضریبی کوچکی از مقدار اصلی می شود. سپس با تعیین خواص لایه اصلاح شده مرحله بعدی بارگذاری اعمال می شود ]33[.
در این پایان نامه از این تئوری (تئوری نزول لایه) استفاده شده است. همچنین تئوری شکست، تئوری شکست اصلاح شده سای- وو در دو حالت شکست فایبر و رزین برگزیده شده است.
مروری بر مقالات
مقدمه
مطالعات انجام‌شده بر روی فشار ترکیدن مخازن کامپوزیت، محدوده بسیار وسیعی را در بر می‌گیرد. با توجه به اهداف تعیین‌شده در این پژوهش، تحقیقات مشابه، مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت نتایج حاصل از این پژوهش با نتایج این محققین مقایسه ‌گردید.
مروری بر مقالات انجامشده

دسته بندی : پایان نامه ارشد

پاسخ دهید