رفتار مکانیکی پارچه حلقوی پودی ۱

رفتار مکانیکی پارچه حلقوی پودی ۱ – www.irantarjomeh.ir

مقالات ترجمه شده آماده گروه  نساجی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

مدلسازی و شبیه سازی رفتار مکانیکی پارچه های حلقوی پودی برای کاربردهای فنی

بخش ۱: ملاحظات کلی و تحلیل های تجربی

چکیده

این مقاله در چهار بخش ارائه می گردد. بخش اول مرتبط با ملاحظات کلی و تحلیل های تجربی می باشد و هر یک از این مقاله های متوالی ارائه شده مرتبط با دیدگاه های مختلف در زمینه تحلیل های تئوریکی رفتار مکانیکی پارچه های حلقوی پودی و کامپوزیت های تقویت شده حلقوی پودی خواهد بود که از الیاف شیشه ای بافته شده اند. هدف این مباحث یافتن روشی جهت ارتقای رفتار مکانیکی و شبیه سازی رفتار مکانیکی پارچه های بافته شده و همچنین کامپوزیت های تقویت شده می باشد به گونه ای که قابلیت ارتقای طراحی مهندسی و ساختار چنین موادی وجود داشته باشد.

در بخش ۱، ملاحظات کلی، تحلیل های تجربی و روش های ارتقای خواص مکانیکی و پارچه های حلقوی پودی همراه با کامپوزیت های تقویت شده پودی مورد بحث قرار می گیرند.

در بخش ۲، اولین مدل ارائه می گردد که شامل یک مدل سه بعدی بر مبنای تئوری الاستیکای کلاسیک (منحنی زنجیره ای) است، موردی که جهت محاسبه منحنی های بار پارچه حلقوی پودی ساده در مسیرهای عرضی و طولی مورد استفاده قرار می گیرد. توافق خوبی بین نتایج  تئوریکی و تجربی حاصل آمده است.

در بخش ۳، مدل دوم ارائه شده است که در بردارنده یک مدل دو بعدی بر مبنای FEA (آنالیز جزء محدود) می باشد. یک پارچه حلقوی پودی صاف، بر مبنای ساختار حلقه ای ساده، بطور مثال، با استفاده از ساختار شش ضلعی دو بعدی ساده سازی شده و بوسیله اجزای خرپای  غیر خطی ارائه می گردد. ویژگی های این اجزای خرپا برای شبیه سازی FEA از نتایج تجربی بر مبنای روش تحلیلی و به هنگامی به دست آمد که یک لوپ/ حلقه به یک مدل FEA تبدیل گردید. تغییر شکل ازدیاد طول نیز در یک، دو و چند مسیر شبیه سازی شد. این مدل را همچنین می توان جهت محاسبه یک پارچه دارای بافت مسطح به کار گرفت تا با دفرمه شدگی به صورت یک قالب کروی شکل سه بعدی درآید.

در بخش ۴، تکنولوژی ها جهت توسعه و حاصل آوردن یک شکل پیچیده سه بعدی حلقوی پودی مورد بررسی قرار گرفته و یک مدل ثالث عرضه می گردد که در حقیقت یک مدل سه بعدی بر مبنای FEA (آنالیز جزء محدود) می باشد. یک شاخص قابل توجه و توانمند از یک نخ دو بعدی ایجاد گردیده و یک MES (شبیه سازی رخداد مکانیکی) جهت حاصل آوردن یک حلقه شکل سه بعدی اعمال می گردد. هندسه نهایی پارچه بافته شده از طریق تعامل این حلقه با حلقه های مجاور، بر مبنای خواص ابعادی پارچه های بافته شده و با استفاده از MES، حاصل خواهد شد. در نهایت، هندسه استحکام داخلی این کامپوزیت نیز مشخص گردیده و ماده کامپوزیت به اجزای تتراهیدریک تقسیم می شوند تا آنکه شبکه ای از اجزای تتراهیدریک محدود (FEA) به دست آید. مقادیر میانگین خواص مکانیکی با FEA به دست آمده و با خواص تجربی مقایسه می شوند.

کلمات کلیدی: پارچه حلقوی، منحنی بار، منسوجات فنی، مدلسازی، خواص مکانیکی

رفتار مکانیکی پارچه حلقوی پودی ۱

۱-  مقدمه

کاربرد مواد لیفی در تقویت ماتریس های ساخته شده از پلیمرها به عنوان یک رشته کاملا قابل توجه هم از نقطه نظر تحقیقاتی و هم از نقطه نظر صنعتی به شمار می آید. اهمیت این مواد، که تحت عنوان مواد کامپوزیتی شناخته می شوند، در رویه جایگزینی با مواد یکپارچه نظیر فلزات در حال افزایش می باشد. در این مورد، مواد کامپوزیت معرف مزیت های بسیاری نظیر خواص مکانیکی کاملا مخصوص، به واسطه وزن پایین آنها، و مقاومت خوب در برابر حرارت و خوردگی، می باشند.

نیاز جهت طراحی مواد با خواص مختلف در هر مسیر و همچنین تقویت ضخامت جهت فایق آمدن بر پدیده لایه لایه شدگی سبب شده است تا فناوری نساجی در مبحث تولید پارچه های تقویت شده با بهره گیری از کامپوزیت ها بسیار جذاب به نظر برسد. فناوری بافت قابلیت تولید انواع مختلف پارچه را دارد، که طیفی از پارچه های مسطح تا پارچه های چند لایه ای و پارچه های خاص با نیمرخ کامل را در بر دارد. بافت قیطانی برای تولید انواع الیاف پیش ساخته مسطح از تک لایه الی چند لایه مناسب می باشد، که خود ارائه دهنده قابلیت شکل گیری بالا و رفتار مکانیکی ممتازی است. فناوری حلقوی پودی را می توان به طور عمده برای تولید پارچه های تقویت شده به وسیله نخ های بدون چین که بر مبنای نیازهای کاربردی آرایش یافته اند به کار گرفت. فناوری بافت فلت / مسطح غالبا برای تولید پارچه های دارای شکل پیچیده و پارچه های ساندویچی مناسب می باشد. شکل ۱ نشان دهنده برخی از مثال های این مورد است.

۲- ملاحظات کلی

خواص مکانیکی پارچه های حلقوی پودی به میزان زیادی منوط به ساختار پارچه، خواص نخ و جهت پارچه می باشد. برای یک جهت آزمایشی خاص، رفتار کششی پارچه به میزان زیادی غیر خطی می باشد، که خود سبب خواهد شد تا امر ارزیابی خواص ماده بسیار مشکل گردد. در حقیقت، با نگاه نزدیکتر و بررسی دقیقتر رفتار حلقه ها در طی مراحل آزمایشی می توان متوجه فرآیند دفرمه شدگی دو مرحله ای شد. شکل ۲ نشان دهنده منحنی بار نوعی یک پارچه حلقوی پودی  می باشد که در مسیر طولی مورد بررسی قرار گرفته است.

رفتار مکانیکی پارچه حلقوی پودی ۱

۳- خواص کششی پارچه های الیاف شیشه ای حلقوی پودی

۱-۳٫ برنامه آزمایش

به منظور بررسی خواص کششی پارچه های الیاف شیشه ای حلقوی پودی برای کاربرد در تولید مواد پیش ساخته دارای شکل پیچیده، چهار ساختار پارچه مختلف انتخاب گردید:

• تک ژرسه

• ژرسه ۱×۱

• پشم گوسفند

• نوع ساندویچی متصل شده به وسیله نخ ها.

آزمایش این ساختارها به منظور بررسی تاثیر آرایش الیاف در مسیر عرضی با توجه به عملکرد مکانیکی این پارچه ها انجام شد. جدول ۱ نشان دهنده خواص ابعادی این ساختارها می باشند، در عین حال شکل های ۴ الی ۷ نشان دهنده سطح رویه و پشتی فنی این سازه ها هستند.

۲-۳٫  نتایج آزمایش

آزمایش ساختارهای بافته شده در مسیر طولی و عرضی مورد بررسی قرار گرفت. ده نمونه از هر ساختار در هر مسیر با استفاده از دستگاه تستر کششی Housfield H10KS مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج در شکل ۲ نشان داده شده است، در عین حال منحنی های گسترش – بار در شکل ۸ نشان داده شده اند.

…

رفتار مکانیکی پارچه حلقوی پودی ۱

۴– نتیجه گیری

خواص کشش الیاف شیشه ای پارچه های حلقوی پودی در این مبحث ارائه شده و مورد مطالعه قرار گرفته اند. بر حسب نتایج حاصله، خواص کششی را می توان از طریق بکارگیری نخ های غیر حلقوی در ساختار زمینه ارتقاء داد. مقایسه نتایج کششی حاصله بین ساختارهای ژرسه و فلیس مؤکد این دیدگاه می باشد.

تاثیر چندین عامل (نوع ساختار، مسیر تست، تقویت سطح پیش کشیدگی و تعداد لایه ها) بر روی خواص مکانیکی کامپوزیت های تقویت شده حلقوی پودی ارائه و مورد بحث قرار گرفته است.         بر مبنای این نتایج، عواملی که دارای تاثیر بیشتری هستند عبارتند از: مسیر تست (طولی یا عرضی) و تقویت سطح پیش کشیدگی. به علاوه، کامپوزیت های تقویت شده با ساختارهای حلقوی پودی که دارای نخ های غیر حلقوی هستند معرف بهترین عملکرد کشیدگی می باشند. بکارگیری نخ های صاف غیر حلقوی و تقویت پیش کشیدگی به نظر به عنوان راهکارهای موثر جهت ارتقای عملکرد کشیدگی این مواد می باشند. این موضوع که آیا چنین موردی می تواند مکفی باشد یا خیر منوط به کاربرد خاص (ماتریس سخت/ ماتریس انعطاف پذیر ….) می باشد.

ساختار پیش ساخته حلقوی پودی برای مواد کامپوزیتی را می توان با استفاده از نخ های الیاف معمولی در ساختار زمینه تولید نمود، و از این طریق تولید شکل مطلوب و نخ های لیفی دارای عملکرد بالا، به عنوان مواد تقویت کننده که حاصل آورنده استحکام بدون اتلاف عملکرد مکانیکی باشند، نیز امکان پذیر می باشد.