Skip to main content
SUPERVISOR
MohammadReza Forouzan,Saeed ZeiaeiRad
محمدرضا فروزان (استاد راهنما) سعید ضیائی راد (استاد مشاور)
 
STUDENT
Manizheh Aghaei
منیژه آقائی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390
Since many years ago, composite materials have been selected as a replacement for some metals such as Steel and Aluminum in many industries, due to their high strength to weight ratio, high corrosion resistance, and many other features. Composite beams are such products of composites that are being used in building constructions, roads, bridges, etc. . Impact is an important subject in composite materials. Because impact damage reduce their strength. One type of impact that may be applied to composite beams is axial impact, which very little work on it has been published. Investigating residual axial-buckling strength of beams after impact is so important, because by the sudden buckling instability of beams, the entire structure may become unstable and collapse. In this research, glass-polyester channel section beams made by pultrusion method, initially placed under axial impact and then residual axial-buckling strength of beams after impact has been measured. In order to investigate the effect of impact damage on the residual axial-buckling strength of beams, axial strength of undamaged beams has been also measured. Simulation of the problem has been done in the finite element software ABAQUS/Explicit and in order to investigate damage initiation, the four failure criteria of maximum stress, maximum strain, Hashin and Hou have been compared with each other. In addition to these failure criteria, which are simple and well known, instantaneous damage evolution law has been used. For modeling of damage and defining material behavior of orthotropic, user subroutine VUMAT is used. Experimental tests have been performed to validate numerical results and simulation with related tests have been done for various conditions. In this case the effect of weight and height of the impactor and also length of the beam have been considered. By comparing the results of simulation and experiment, it was concluded that for axial compression of undamaged beams, maximum stress, maximum strain and Hashin failure criteria have had the best prediction for force-displacement and buckling mode, while Hou failure criteria have predicted much damage in the beam and the results of this criteria have been cautiously. For compression after impact, maximum stress and Hashin failure criteria have had similar results and also consistent with the experimental results. Also, with the help of research undertaken in this thesis, this result has been achieved that depending on the type of material used and loading and boundry conditions, Appropriate failure criteria should be used to model damage and then by simulating with this failure criteria it would be simple to achieve results that would not be easy to get them through the test, for example buckling mode and damage mode shapes. Keywords Pultruded beam, axial impact, residual axial-buckling strength, FEM, VUMAT, experiment
مواد مرکب از سالیان پیش به دلیل دارا بودن ویژگی های برجسته ای از جمله نسبت استحکام به چگالی بالا و مقاومت بالا در برابر خوردگی، به عنوان جایگزینی برای برخی از فلزات مانند فولاد و آلومینیوم در بسیاری از صنایع انتخاب شده اند. تیرهای ساخته شده از جنس مواد مرکب از جمله محصولاتی از کامپوزیت ها هستند که در ساخت سازه های ساختمانی، راه سازی، پل ها و ... کاربرد دارند. موضوع ضربه در مواد مرکب از اهمیت ویژه ای برخوردار است. زیرا در اثر ضربه در ماده مرکب آسیب ایجاد شده و در نتیجه مقاومت آن کاهش می یابد. یکی از انواع ضربه هایی که به تیرهای کامپوزیتی ممکن است اعمال شود، ضربه ی محوری می باشد که کمتر توسط محققان دیگر به آن پرداخته شده است. بررسی استحکام پسماند محوری- کمانشی تیر پس از ضربه از اهمیت ویژه ای برخوردار است. زیرا در اثر کمانش و ناپایداری ناگهانی تیر، ممکن است کل سازه دچار ناپایداری و فرو ریزش شود. در این تحقیق، تیرهای با مقطع ناودانی از جنس شیشه- پلی استر و ساخته شده به روش پالتروژن ابتدا تحت ضربه محوری قرار داده شده و سپس مقاومت پسماند محوری- کمانشی آنها پس از اعمال بار ضربه ای اندازه گیری شده است. به جهت بررسی تأثیر ضربه و آسیب ناشی از آن بر مقاومت محوری- کمانشی این تیرها، مقاومت تیرهای سالم مشابه نیز، مورد بررسی قرار گرفته است. مدل سازی مسئله در نرم افزار اجزاء محدود آباکوس و توسط حل گر صریح انجام و برای بررسی شروع آسیب به مقایسه ی چهار معیار ماکزیمم تنش، ماکزیمم کرنش، هاشین و هو پرداخته شده است. در کنار این معیارها که از جمله معیارهای ساده و مشهور برای بررسی شروع آسیب در مواد مرکب هستند، از روش رشد آسیب آنی استفاده شده است. برای اعمال مدل آسیب و تعریف رفتار ماده به صورت اورتوتروپیک، از زیربرنامهVUMAT بهره گرفته شده است. به جهت اعتبارسنجی داده های حاصل از مدل سازی به انجام تست های آزمایشگاهی پرداخته شده، ضمن آنکه مدل سازی و تست های مربوطه برای شرایط مختلفی مورد بررسی قرار گرفته اند. به این ترتیب که تأثیر وزن و ارتفاع ضربه زن و نیز طول تیر در این بررسی ها مورد توجه بوده است. با مقایسه ی نتایج حاصل از مدل سازی و آزمایش، این نتیجه بدست آمده است که معیارهای ماکزیمم تنش، ماکزیمم کرنش و هاشین برای فشار بر تیر سالم، بهترین پیش بینی را از نظر منحنی نیرو- جابه جایی و مود کمانش کرده اند. در حالی که معیار هو با احتیاط بیش از حد، رفتار خوبی برای تیر در فشار پیش‌بینی نکرده و آسیب را بسیار زیاد در تیر نشان داده است. در مورد فشار پس از ضربه در تیر، معیارهای ماکزیمم تنش و هاشین، رفتارهای نسبتاً مشابه و مطابق با آزمایش را پیش بینی نموده اند. هچنین به کمک تحقیق انجام گرفته در این پایان نامه این دست آورد حاصل شده است که بسته به نوع بارگذاری و ماده ی مورد استفاده باید از معیار مناسب برای مدل کردن آسیب استفاده کرد و سپس به کمک مدل سازی با این معیار مناسب قادر به دستیابی به نتایجی بود که رسیدن به آن ها از طریق آزمایش آسان نباشد. برای نمونه می توان به دستیابی به مود کمانش و شکل مودهای آسیب اشاره نمود. کلمات کلیدی: تیر پالترود، ضربه ی محوری، مقاومت پسماند محوری- کمانشی، تحلیل اجزا محدود ، زیربرنامه VUMAT، آزمایش

ارتقاء امنیت وب با وف بومی