وبلاگ

استفاده از سازه‎های چندلایه‎ای کامپوزیتی در صنایع مختلف، در سالهای اخیر روند روبه رشد و فزاینده‎ای داشته‎است. نسبت استحکام ویژه بالا، چقرمگی، مقاومت در برابر خوردگی و خستگی، مقاومت مناسب در مقابل واکنشهای موجود در محیط‎های شیمیایی، نفوذناپذیری در برابر آب، عایق مناسب حرارتی، قابلیت متنوع شکل دهی و دوخت و … از جمله دلایل قرارگیری این مواد در کانون توجه و اهمیت طراحان و صنعتکاران بشمار می‎آیند.
چند لایه‎های كامپوزیت از طریق قرار دادن لایه‎های حصیری و سوزنی روی هم و چسباندن آنها بوسیله رزین و با بهره گرفتن از پروسه‎های ساخت دستی، کیسه خلا و تزریق رزین در خلا ساخته می شوند. با وجود مزایای چند لایه‎های كامپوزیت، همواره معایبی نیز در بکارگیری این چند لایه ها وجود داشته است که ذهن دانشمندان و سازندگان را درگیر کرده است. مهمترین معایب آنها عبارتند از :
الف) خواص مکانیکی آنها در راستای ضخامت نسبت به خواص مكانیكی درون صفحه‎ای پایین‎تر می‎باشد.
ب) در برابر جدایش لایه ها ضعیف می‎باشند.
ج) در برابر ضربه ضعیف بوده و خواص مکانیکی آنها پس از ضربه پایین می‎باشد.
د) هزینه ساخت آنها نسبتاً بالا می‎باشد.
در سال‎های گذشته روش‎های مختلفی برای حل مسائل فوق ارائه گردیده است. یكی از این روش‎ها بکارگیری کامپوزیت‎های سه بعدی می باشد. ساخت اولین نمونه‎های كامپوزیت سه بعدی به سال 1960 برمی‎گردد. در طی این 50 سال تحقیقات زیادی در زمینه روش های تولید كامپوزیت سه بعدی، افزایش خواص مكانیكی، تجاری سازی آنها و … انجام شده است. تنوع ساختار و روش‎های تولید گوناگون، دامنه وسیعی از خواص مكانیكی را برای كامپوزیت‎های سه بعدی به ارمغان آورده‎است. همچنین این کامپوزیت ها برخلاف كامپوزیت‎های دو بعدی دارای رشته های فایبر در جهت ضخامت می‎باشند. این موضوع علاوه بر تقویت خواص مكانیكی در راستای ضخامت، از جدایش لایه ها تا حد

 امكان جلوگیری نموده و مقاومت در برابر ضربه را افزایش می‎دهد. در حقیقت كامپوزیت‎های سه بعدی برخی از معایب اصلی كامپوزیت های دو بعدی را تا حد زیادی مرتفع كرده اند.

كامپوزیت های سه بعدی به چهار دسته اصلیِ Braided,Woven، Knitted و Stitched تقسیم بندی می‎شوند كه تفاوت آنها در نوع ساختار داخلی و قرارگیری الیاف می‎باشد. یكی از انواع كامپوزیت های سه بعدیِ Stitched، كامپوزیت پیشرفته چند راستا یا NCF می‎باشد. كامپوزیت های پیشرفته چند راستا از طریق قرارگیری الیاف تك جهته روی یكدیگر و اتصال آنها به یكدیگر به كمك الیاف عمودی (الیاف در راستای ضخامت) تولید می‎گردند، در حالیكه در كامپوزیت های دو بعدی رشته های فایبر بصورت تار و پود در محل خود قرار گرفته‎اند. كامپوزیت های پیشرفته چند راستا در مقایسه با کامپوزیت های دو بعدی، دارای خواص مكانیكی بهتر، سختی بیشتر، مقاومت بالاتر در برابر جدایش لایه ها و استحکام بیشتر در برابر بارهای ضربه ای و انفجاری می‎باشند.
در ساختار داخلی سه بعدی کامپوزیت های پیشرفته چند راستا، الیاف عمودی در فواصل معین در راستای ضخامت و روی سطح لایه های بالا و پایین قرار گرفته است. با عبور الیاف عمودی از ضخامت، الیافِ لایه ها دچار انحراف شده و حفره هایی در ساختار داخلی ایجاد می‎گردد. این حفره‎ها در پروسه های ساخت کاملاً با رزین پر می‎شوند. با توجه به این موضوع ساختار داخلی کامپوزیت‎های پیشرفته چند راستا یک ساختار ناهمگن و غیر ایزوتروپیک می‎باشد و خواص مکانیکی آنها با روش های متداولِ مورد استفاده در کامپوزیت های دو بعدی قابل محاسبه نیست. همچنین با توجه به وجود الیاف عمودی در راستای ضخامت، نمی‏توان کامپوزیت های پیشرفته چند راستا را ایزوتروپیکِ عرضی فرض نمود]2[.
انجام بررسی‎های تجربی، تئوری و عددی متعدد جهت شناخت هرچه بیشتر خصلت‎های رفتاری کامپوزیت‎های مختلف تحت شرایط بیرونی مختلف یکی از دل‎مشغولی‎های عمده محققان در سالهای اخیر بوده بطوریکه نتایج به بارنشسته قبلی در کارکردهای عملی و صنعتی نیز به نمره قابل قبولی دست پیدا کرده‎اند.
از جمله این آزمایشات و مشاهدات که بر روی کامپوزیت ها انجام پذیرفته، پاسخ این لایه ها تحت بارگذاری ضربه است. ضربه قطعه خارجی در برخورد با قطعه کامپوزیتی از جمله مواردی است که اجزایی همچون بال و بدنه سازه های هوایی و دریایی را تهدید میکند و در صورت عدم دارایی استحکام مناسب می تواند به تخریب های گسترده و زیان آور بیانجامد. چرا که با همه این تفاسیر و تفاصیل، هنوز نیز کم و کیف پاسخ چندلایه های کامپوزیتی سه بعدی تحت بارگذاری های مساله سازی چون ضربه، محل دغدغه و اندیشه محققان است. بارهای ضربه‎ای محتملی که در طول پروسه تولید و یا حین سرویس دهی و یا تعمیرات رخ می‏دهند گاهی تولید آسیب های داخلی کرده که با بازرسی های چشمی قابل تشخیص نیستند و در بارگذاری‎های بعدی گسترش پیدا کرده و موجب کاهش استحکام سازه و متعاقبا وارد آمدن خسارت و صدمات به سازه و سازه های مرتبط و مجاور می‎شود. لذا منطقی است که در هنگام طراحی این سازه ها، جهت حصول اطمینان از میزان مقاومت شان در برابر بارهای ضربه‎ای، استحکام آنها در این بارگذاری‎ها مورد بررسی قرار گیرد.