روشي هندسي جهت بررسي خواص مكانيكي كامپوزيت هاي تقويت شده با ذرات

Geometrical method for determination of mechanical properties of particle reinforced composites

بررسيهاي صورت گرفته بر روي ريزساختار برخي از مواد پركاربرد در مهندسي بيانگر اين امر هستند كه ريزساختار برخي از اين مواد در مقياسهاي مختلف طول از الگوهاي يكساني پيروي ميكنند. با توجه به اينكه الگوهاي اشاره شده در مقياسهاي مختلف تكرار ميشوند ميتوان كل ريزساختار ماده را بهصورت مجموعهاي از زيرساختارهاي متناوب درنظر گرفت. روش همگنسازي با فرض ريزساختار متناوب يكي از روشهاي پركاربرد در شبيهسازي رفتار مكانيكي مواد كامپوزيت با در نظر گرفتن هندسه توزيع الياف ميباشد. در اين تحقيق روش همگنسازي براي مواد با ريزساختار متناوب تعميم داده شده است. در تعميم اين روش اثرات ريزساختار در مقياسهاي مختلف در يك فرايند همگنسازي چند مرحلهاي در نظر گرفته شده است. در هريك از مراحل همگنسازي هندسه مبتني بر واقعيت ريزساختار ماده جهت تعيين خواص سلول مربوطه ايجاد شده و ويژگيهاي مكانيكي آن محاسبه ميشوند. با استفاده از اين روش تاثير اندازه و درصد حجمي هركدام از ذرات فاز مسلحكننده و همچنين اثرات برهمكنش بين ذرات در داخل ريزساختار درنظر گرفته ميشود. نتايج حاصل از تيوري ارايه شده با نتايج حاصل از مطالعات آزمايشگاهي بر روي كامپوزيتهاي مسلحشده با ذرات مقايسه شده است. براساس نتايج اين مقايسه تطابق مناسبي بين نتايج بدست آمده ار تيوري فوق با دادههاي آزمايشگاهي وجود دارد.

Research on microstructure of main engineering materials revealed that some of these materials exhibit similar microstructure patterns at different length scales. Since these patterns are replicated at different length scales the whole microstructure can be viewed as a set of periodic substructures. Homogenization technique for periodic microstructures has found many applications in simulation of composite materials by considering the geometry of fibers distribution. In this study a homogenization technique for periodic microstructures is developed. In this generalization a multi-step homogenization is being used. In each step of homogenization the geometry which is coincident with the true microstructure is produced to maintain the properties of the mechanical properties of the related cell. By using the presented method, effect of size and grading of each of the reinforcing phases and the interaction between fibers is taken into account. The results of the presented theory are compared with the existing experimental data on the particle reinforced composites. Good agreement between the presented theory and experimental data is found.