Skip to main content
SUPERVISOR
Reza Gafari nadooshan,Mohammad Sheykhzadeh
رضا جعفری ندوشن (استاد راهنما) محمد شیخ زاده (استاد مشاور)
 
STUDENT
Ali Fouladi
علی فولادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Effects of Braiding Machine Parameters on Stiffness of 2D Effects of Braiding Machine Parameters on Stiffness of 2D
In a textile composite, a textile preform is used as the reinforcement phase instead of unidirectional or discontinuous fibers. Textile preforms can easily take the form of complex parts and the final part is a suitable alternative for conventional laminates, as the resultant part would be more efficient and reliable and sometimes the production cost is reduced. The arrival of textile composites in advanced industries such as aerospace, military, automobile, and sports, made a great evolution in them. Among the textile composites, braided composites are of great importance and they are used more extensively, as the braiding process can develop an integrated and firm structure. Braiding process can create complex preforms. In braiding process, two of the important factors in mechanical properties of final composite part is the braid angle and perpendicular spacing of yarns. In this research, first, the braiding process for round mandrels is modeled in finite element software, then the results are evaluated with experimental measurements. Next, the effect of mandrel dimensions on braid angles is studied using the models and experiments. In the next step, besides presenting new analytical relations for calculating braid angle of mandrels with flat faces, these mandrels are modeled and the braid angle and the perpendicular yarns spacing are measured for different mandrel aspect ratios. Also the effect of eccentricity of mandrel on braid angles of different faces is studied in the models and the eccentricity is controlled to reach the desired angles by optimization. Another approach is proposed for changing and controlling the braid angle which is changing the circular guide ring to an elliptic one. After modifying the analytical relations for elliptic guide ring, it is validated using modeling. In this step, a comprehensive code is generated to control the braid angles by changing the guide ring dimensions, the eccentricity, and the braid feed rate. The results are validated using experimental data and a solution is provided for keeping the mandrel in the correct place together with proper guide ring for experimental tests. With the help of preform properties such as braid angle and yarns spacing, and also micromechanical method, the mechanical properties of final composite is predicted. The results are compared with previous research to be validated. The results show that the analytical relations are fully correct and the effect of changing the dimension of mandrel on braid angle is negligible, while the effect of eccentricity of mandrel and the shape of guide ring is significant. The predicted braid angles by finite element analysis are in good consistence with experimental results and also the predicted mechanical behavior by Keywords: Composites made with tubular braiding, braid angle, Finite element modeling, Aspect ratio, Eccentricity, guide ring shape, Micromechanical analysis
کامپوزیت‌های نساجی که از پیش شکل یافته‌ی نساجی به‌جای الیاف مستقیم یا الیاف منقطع به عنوان تقویت‌کننده استفاده می‌کنند، به دلیل سهولت تولید قطعات با اشکال خاص و ساختاری کارآمدتر و قابل‌اعتمادتر و در برخی از موارد به دلیل کاهش هزینه‌های تولید، به‌عنوان جایگزین مناسب برای چندلایه های متداول هستند. با ورود کامپوزیت های نساجی به صنایع پیشرفته ازجمله هوافضا، صنایع نظامی، خودروسازی، صنایع ورزشی و... تحول عظیمی در این صنایع آغاز گردید. در میان انواع کامپوزیت‌های نساجی، کامپوزیت هایی با فاز تقویت‌کننده برید شده از اهمیت ویژه و کاربرد گسترده‌تری برخوردار است، چراکه فرآیند بریدینگ می‌تواند یک ساختار یکپارچه و منسجم را تولید کند. فرآیند بریدینگ قابلیت تولید پیش hy;شکل hy;یافته‌هایی با اشکال پیچیده را دارا است. در فرآیند بریدینگ یکی از مهم‌ترین مؤلفه ها در خواص مکانیکی کامپوزیت نهایی زاویه برید و فاصله عمودی نخ‌ها است. این پژوهش ابتدا به مدل‌سازی اجزای محدود فرآیند بریدینگ برای سطوح دایره‌ای پرداخته و سپس به کمک اندازه‌گیری‌های تجربی نتایج حاصله صحت سنجی می گردد. در ادامه به بررسی تأثیر تغییرات ابعاد مغزی بر روی زوایا به کمک مدل‌سازی و انجام آزمایش‌های تجربی پرداخته‌شده است. همچنین در گام بعدی علاوه بر ارائه روابط تحلیلی جدید برای بریدینگ سطوح تخت به مدل‌سازی و اندازه‌گیری زاویه برید و فاصله‌ی عمودی نخ‌ها در این مغزی‌ها با نسبت ابعادی مختلف پرداخته شد. همچنین به بررسی تأثیر خروج از مرکزی مغزی بر تغییر زوایا بر روی وجوه مختلف به کمک مدل‌سازی و کنترل آن جهت رسیدن به زوایای مطلوب از طریق بهینه‌سازی پرداخته‌شد. راهکاری دیگری نیز جهت تغییر و کنترل زاویه برید از طریق تغییر شکل حلقه‌ی راهنما از دایره‌ای به بیضی ارائه گردید. پس از اصلاح مجدد روابط تحلیلی برای حلقه راهنما بیضوی جهت اثبات آن مجدداً از مدل‌سازی استفاده‌شده است. در این مرحله نیز برنامه‌ی کاملی که به کمک تغییر ابعاد حلقه‌ی راهنما، میزان خروج از مرکزی و سرعت نرخ برداشت به کنترل دقیق زوایای برید می‌پردازد، ارائه شد. برای صحت بخشی به نتایج حاصله از داده‌های تجربی استفاده گردید و راهکاری جهت قرارگیری مغزی در مکان مناسب و حلقه‌ی راهنمای مناسب برای انجام آزمایش‌های تجربی ارائه شد. همچنین در این پژوهش به کمک خواص پیش شکل یافته مانند زاویه برید و فاصله نخ ها که استخراج گردید و روابط میکرومکانیک به پیش بینی خواص کامپوزیت نهایی پرداخته شده است. مقایسه نتایج حاصله با تحقیقات گذشته جهت بررسی صحت نتایج صورت پذیرفته است. پس از بررسی‌های انجام‌شده مشخص گردید علاوه بر صحت روابط تحلیلی بیان‌شده، تأثیر تغییر ابعادی مغزی بر روی زاویه برید بسیار ناچیز بوده ولی تأثیر خروج از مرکزی مغزی و تغییر شکل حلقه‌ی راهنما بسیار قابل‌توجه است. همچنین نتایج حاصله از اجزای ‌محدود جهت پیش‌بینی زاویه برید با نتایج داده‌های تجربی از مطابقت خوبی برخوردار است و نتایج حاصل از روابط میکرومکانیک جهت پیش‌بینی خواص کامپوزیت نهایی از صحت خوبی برخوردار است. واژه‌های کلیدی : کامپوزیت ساخته شده با بریدینگ مدور - زاویه برید- مدل‌سازی اجزای محدود -نسبت ابعادی-خروج از مرکزی-شکل حلقه‌ی راهنما- تحلیل میکرومکانیک

ارتقاء امنیت وب با وف بومی