برآورد دقیق تر میدان تنش پسماند ناشی از پخت در کامپوزیت‌های پلیمری با در نظر گرفتن خصوصیات فاز میانی

در این تحقیق به مطالعه تاثیر شرایط چسبندگی بین الیاف و رزین بر میدان تنش پسماند حرارتی در کامپوزیتهای پلیمری، پرداخته شده است. بدین منظور، یک کامپوزیت سه فاز شامل الیاف، رزین و فاز میانی در نظر گرفته شده است. در ابتدا، با استفاده از پیش بینی­های تحلیلی موجود برای خصوصیات الاستیک فاز میانی و براساس معادلات مایکرومکانیک، خواص مکانیکی تک لایه ارتوتروپیک سه فاز حاصل شده است. با اعمال این خواص به حل دقیق موجود، ضرایب کالیبراسیون مربوط به روش سوراخکاری مرکزی برای چهار کامپوزیت تک جهته با جنس­های متفاوت بدست آمده است. شبیه سازی روش سوراخکاری مرکزی در چندلایه های کامپوزیتی با در نظر گرفتن ضخامت­های متفاوت فاز میانی، منجر به پیش بینی یک ماتریس ضرایب کالیبراسیون معادل برای چندلایه گردیده است. در نهایت با استفاده از نتایج آزمایشگاهی موجود برای کرنشهای پسماند، تنشهای پسماند حرارتی به ازای شرایط متفاوت چسبندگی محاسبه گردیده است. نتایج تحلیلی نشان می دهد که در کامپوزیت کربن اپوکسی، شرایط چسبندگی تاثیر مهمی بر تمامی ضرایب کالیبراسیون دارد؛  در حالیکه در کامپوزیتهای بوران-اپوکسی، شیشه-اپوکسی و کولار-اپوکسی تعداد قابل ملاحظه ای از این ضرایب، حساسیتی به این شرایط ندارند. در نتیجه، در چندلایه های کربن-اپوکسی دور شدن از شرایط چسبندگی کامل،  منجر به کاهش قابل ملاحظه میدان تنش پسماند می گردد (حدود 30%)، در حالیکه این تغییرات در چندلایه های شیشه-اپوکسی کمتر است (حدود 11%)، عمده این کاهش در تنش پسماند زمانی اتفاق می افتد که ماده کامپوزیتی به صورت سه فاز در نظر گرفته می شود، حتی اگر فاز میانی بسیار نازک باشد.

More accurate evaluation of curing residual stress field considering i nterphase characteristics

In this research, the effects of bonding conditions between fiber and resin on thermal residual stress field of polymer composites have been studied. For this purpose, a three phase composite has been considered includes fiber, matrix as well as the interphase between them. First, by employing the available analytical predictions for elastic properties of the interphase and based on micromechanical equations, the mechanical properties of the three phase orthotropic layer is obtained. By applying these properties to the available exact solution, calibration factors of the central hole drilling method for unidirectionalcomposites with four different materials have been reached. Simulation of the central hole drilling method in composite laminates considering various interphase thicknesses leads to prediction of an equivalent calibration factors matrix for the laminate. Finally, by using the available experimental data for residual strains, thermal residual stresses are calculated according to different bonding conditions. Analytical results show that for carbon/epoxy composite, bonding conditions affect all of the calibration factors importantly, while for boron/epoxy, glass/epoxy and aramid/epoxy composites some of these factors arenot sensitive to these conditions. Thus, for carbon/epoxy laminates, getting away from perfect bonding conditions, gives rise to a noticeable decrease in residual stress field (about 30%), while these variations are lower in glass/epoxy composite (about 11 %). Main of this reduction is occurred when the composite is considered as a three phase material, even if the interphase is very thin .