مدل‌سازي خزش در كامپوزيت‌هاي لايه‌اي پايه پليمري با الياف بلند با استفاده از روابط مايكرومكانيك

Modeling creep in long fiber reinforced laminated composites using micromechanical rules

در چند دهه‏ي اخير كامپوزيت‌هاي پايه پليمري به‌دليل داشتن خواص فوق‏العاده از محبوبيت فراواني برخوردار بوده‏اند. با وجود اين موضوع، پليمرها در دماهاي پايين، حتي در دماي محيط دچار خزش مي‏شوند كه معمولاً پديده‏اي نامطلوب محسوب مي‌شود.‌ به‌منظور پيش‏بيني خزش و در نظر گرفتن اثرات آن تا كنون روش‌هاي متعددي پيشنهاد شده ‌است. در اين مطالعه بعد از اشاره‏اي به مفاهيم خزش در پليمرها و دسته‏بندي روش‌هاي پيش‏بيني خزش كامپوزيت‌هاي پايه پليمري، به توسعه روشي براي پيش‌بيني خزش بلند مدت در كامپوزيت‌هاي پليمري چند لايه حاوي الياف بلند با تكيه بر داده‌هاي آزمايشگاهي آزمون خزش كوتاه مدت روي رزين خالص پرداخته مي‌شود. مدل مورد اشاره، تنها نيازمند مشخصه سازي رفتار ويسكوالاستيك كوتاه مدت رزين بوده، پس از مدل‌سازي خزش در سطح رزين، به مدل‌سازي خزش در سطح تك لايه كامپوزيت پرداخته، در نهايت نتايج را به چندلايه كامپوزيت با آرايش دلخواه تعميم مي‌دهد. همچنين امكان استفاده از روابط مايكرومكانيك براي تخمين رفتار ويسكوالاستيك كامپوزيت بر اساس رفتار رزين و الياف سازنده چندلايه كامپوزيت بررسي مي‌شود. مقايسه نتايج حاصل از مدل‌سازي تئوري خزش بلند مدت با مشاهدات آزمايشگاهي انجام شده توسط ديگران و تطابق خوب نتايج،‌ حاكي از كارآيي مناسب مدل توسعه داده شده مي‌باشد.

In recent decades polymeric composites have received considerable attention from different industrial sectors due to their outstanding properties. Despite the multipurpose properties, polymers undergo creep even at room temperature which is considered as a disadvantage for their longterm applications. Numerous methods have been suggested by researchers in order to predict creep in polymeric composites. In this article, a brief review is conducted on fundaments of creep in polymers and different theoretical methods presented for creep modeling in long fiber reinforced laminated composites are categorized. Then, a new method for evaluating longterm creep in polymeric composites relying on shortterm experimental data on pure resin is developed. The developed model is just in need of simple tensioncreep tests on pure resin as input and creep behavior of pure resin is evaluated accordingly. Then, the results are used to estimate creep behavior a single composite laminate and finally creep behavior of laminated composites with arbitrary layup configurations is theoretically characterized. In parallel, the capability of micromechanical rules in estimating creep behavior of composites using its constituent’s behavior is investigated. A comparison between published experimental observations and theoretically obtained results imply on proper performance of developed modeling procedure for analyzing creep phenomenon in polymeric composites.