برآورد دقيق تر ميدان تنش پسماند ناشي از پخت در كامپوزيت‌هاي پليمري با در نظر گرفتن خصوصيات فاز مياني

More accurate evaluation of curing residual stress field considering i nterphase characteristics

در اين تحقيق به مطالعه تاثير شرايط چسبندگي بين الياف و رزين بر ميدان تنش پسماند حرارتي در كامپوزيتهاي پليمري، پرداخته شده است. بدين منظور، يك كامپوزيت سه فاز شامل الياف، رزين و فاز مياني در نظر گرفته شده است. در ابتدا، با استفاده از پيش بيني هاي تحليلي موجود براي خصوصيات الاستيك فاز مياني و براساس معادلات مايكرومكانيك، خواص مكانيكي تك لايه ارتوتروپيك سه فاز حاصل شده است. با اعمال اين خواص به حل دقيق موجود، ضرايب كاليبراسيون مربوط به روش سوراخكاري مركزي براي چهار كامپوزيت تك جهته با جنس هاي متفاوت بدست آمده است. شبيه سازي روش سوراخكاري مركزي در چندلايه هاي كامپوزيتي با در نظر گرفتن ضخامت هاي متفاوت فاز مياني، منجر به پيش بيني يك ماتريس ضرايب كاليبراسيون معادل براي چندلايه گرديده است. در نهايت با استفاده از نتايج آزمايشگاهي موجود براي كرنشهاي پسماند، تنشهاي پسماند حرارتي به ازاي شرايط متفاوت چسبندگي محاسبه گرديده است. نتايج تحليلي نشان مي دهد كه در كامپوزيت كربن اپوكسي، شرايط چسبندگي تاثير مهمي بر تمامي ضرايب كاليبراسيون دارد؛  در حاليكه در كامپوزيتهاي بوران اپوكسي، شيشه اپوكسي و كولار اپوكسي تعداد قابل ملاحظه اي از اين ضرايب، حساسيتي به اين شرايط ندارند. در نتيجه، در چندلايه هاي كربن اپوكسي دور شدن از شرايط چسبندگي كامل،  منجر به كاهش قابل ملاحظه ميدان تنش پسماند مي گردد (حدود 30%)، در حاليكه اين تغييرات در چندلايه هاي شيشه اپوكسي كمتر است (حدود 11%)، عمده اين كاهش در تنش پسماند زماني اتفاق مي افتد كه ماده كامپوزيتي به صورت سه فاز در نظر گرفته مي شود، حتي اگر فاز مياني بسيار نازك باشد.

In this research, the effects of bonding conditions between fiber and resin on thermal residual stress field of polymer composites have been studied. For this purpose, a three phase composite has been considered includes fiber, matrix as well as the interphase between them. First, by employing the available analytical predictions for elastic properties of the interphase and based on micromechanical equations, the mechanical properties of the three phase orthotropic layer is obtained. By applying these properties to the available exact solution, calibration factors of the central hole drilling method for unidirectional composites with four different materials have been reached. Simulation of the central hole drilling method in composite laminates considering various interphase thicknesses leads to prediction of an equivalent calibration factors matrix for the laminate. Finally, by using the available experimental data for residual strains, thermal residual stresses are calculated according to different bonding conditions. Analytical results show that for carbon/epoxy composite, bonding conditions affect all of the calibration factors importantly, while for boron/epoxy, glass/epoxy and aramid/epoxy composites some of these factors are not sensitive to these conditions. Thus, for carbon/epoxy laminates, getting away from perfect bonding conditions, gives rise to a noticeable decrease in residual stress field (about 30%), while these variations are lower in glass/epoxy composite (about 11 %). Main of this reduction is occurred when the composite is considered as a three phase material, even if the interphase is very thin .