راهنمای مواد کامپوزیتی

لیست مطالب قرارگرفته درداخل این پاورپوینت:

• تقسیم بندی مواد
• مقدمه
• کابرد کامپوزیتها
• کاربرد در صنعت خودرو
• کاربرد در صنایع هوافضا
• کابرد در ورزش و عمران
• تعریف کامپوزیت
• دسته بندی کامپوزیت
• کامپوزیتهای تقویت کننده ذرات (ذره ای)-PRC
• کامپوزیتهای ذرات بزرگ
• قاعده یا قانون ترکیب
• سرمتها- Cermets
• لاستیکها-Rubber
• بتون – Concrete
• بتون تقویت شده-Reinforced Concrete
• بتون دارای پیش بار- Prestressed Concrete
• کامپوزیتهای تقویت پراکندگی (ذرات ریز)- Dispersion Strengthened
• کامپوزیتهای تقویت کننده الیاف- FRC
• تاثیر طول الیاف
• طول بحرانی الیاف
• تاثیر زاویه الیاف و غلظت الیاف
• کامپوزیتهای الیاف پیوسته همراستا
• رفتار تنش-کرنش در بارگذاری کشش طولی
• رفتار الاستیک-بارگذاری طولی
• نسبت بار الیاف به بار ماتریس
• رفتار الاستیک-بارگذاری عرضی
• استحکام نهایی طولی
• استحکام نهایی عرضی
• کامپوزیتهای الیاف ناپیوسته همراستا
• کامپوزیتهای الیاف ناپیوسته با جهتهای تصادفی
• اعمال بارگذاری در جهتهای مختلف
• فاز الیاف
• فاز ماتریس
• کامپوزیتهای پایه پلیمری
• کامپوزیتهای با الیاف شیشه GFRP
• انواع الیاف شیشه
• کامپوزیتهای با الیاف کربن CFRP
• کامپوزیتهای با الیاف آرامید
• تست کشش الیاف برای یافتن خواص آنها
• شکل الیاف-تحقیق
• طرح الیاف- Fibers Architecture
• الیاف دیگر
• مواد ماتریسهای پلیمری
• ماتریس ترموست و ترموپلاستیک
• کامپوزیتهای پایه فلزی- MMC
• کامپوزیتهای پایه سرامیکی – CMC
• کامپوزیتهای هیبریدی – Hybrid Composite
• تخمین چگالی و کسر حجمی حباب داخل کامپوزیت
• کامپوزیتهای سازه ای – structural Composite
• پنلهای ساندویچی- Sandwich panels

نمونه ای ازمطالب قرارگرفته درداخل این پاورپوینت:

تعریف کامپوزیت:

• منظور از کامپوزیت هر ماده چند فازی است که تعمدا بصورت مصنوعی از موادی که بصورت شیمیایی با هم همخوانی ندارند و توسط مرزهای مجزا از هم جدا شده اند، طراحی و ساخته شده است.
• کامپوزیت یک ترکیب فیزیکی است نه یک ترکیب شیمیایی. در ترکیب فیزیکی مواد در کنار یکدیگر در کنار یکدیگر قرار می گیرند.
• برخی از کامپوزیتها بصورت طبیعی وجود دارند. مثل چوب و استخوان
• در طراحی کامپوزیتها عمدتا فلزات، سرامیکها و پلیمرها با یکدیگر ترکیب میشوند تا خواص مکانیکی مثل صلبیت، چقرمگی و استحکام حتی در دماهای بالا بهبود یابد.
• فلذا کامپوزیتها دسته وسیعی از مواد را شامل میشوند.

کامپوزیتهای ذرات بزرگ:

• یک از مثالهای معروف کامپوزیت ذرات بزرگ، بتون و آسفالت میباشد. در بتن ماتریس سیمان و ذرات، شن و ماسه هستند. در آسفالت، ماتریس قیر و ذرات، شن و ماسه هستند.
• ذرات دارای هندسه های مختلفی هستند. ولی باید ابعادشان در جهتهای مختلف تقریبا یسکان باشد. برای تقویت موثر ذرات باید ریز و بطور یکنواخت داخل ماتریس توزیع شده باشند.
• کسر حجمی دو فاز تاصیر بسزایی در خواص مکانیکی کامپوزیت دارد. برای تعیین مدول الاستیک کامپوزیت دو رابطه اساسی وجود دارد که توسط آنها میتوان محدود بالا و پایینی برای مدول الاستیک ترکیب را بدست آورد.
• به این قوانین، قاعده ترکیب rule of mixture گویند.

سرمتها- Cermets:

• این کامپوزیتها برای برش فولادهای سخت بکار میروند.
• ذرات کربید سخت سطح برنده را تشکیل می دهند، ولی عیب آنها ترد بودن بسیار بالای آنها و شکستن در برابر تنشهای برشی میباشد.
• لذا چقرمگی آنها را با افزودن به ماتریس شکل پذیر فلزی افزایش می دهند. این ماتریس ذرات کربید را از یکدیگر جدا کرده و مانع انتشار ترک از ذره ای به ذره دیگر میشود.
• هیچ ماده ای به تنهایی خواص سرمتها ندارد.
• در سرمتها کسر حجمی بالایی از ذرات (در حدود بالای 40%) بکار میرود. مثل سنگ برشها

بتون – Concrete:

• بتون از انواع کامپوزیت ذرات بزرگ است که هر دو فاز ماتریس و تقویت کننده از جنس سرامیکها هستند.
• گاها اشتباها به آن سیمان Cement گویند.
• بتون شامل تجمعی از ذرات شن و ماسه است که توسط یک محیط چسبنده جامد (سیمان) به یکدیگر متصل شده اند.
• برای آنکه میزان سیمان مصرفی (دارای هزینه بالا) کاهش یابد، از ذرات درشت ماسه در بتون استفاده میشود.
• برای آنکه فضای خالی بین ذرات ماسه پر شود و تماس بین ذرات بخوبی صورت پذیرد، از ذرات شن نیز استفاده میشود.
• معمولا بین 60-80% کسر حجمی بتون را ذرات ریز و درشت شن وماسه و مابقی را سیمان تشکیل میدهد.
• اضافه کردن درست مقدار آب و تلفیق خوب سیمان و آب و ماسه و شن در کیفیت بتون و استحکام مرز مشترک چسبنده بین سیمان و ذرات شن و ماسه موثر است.
• وجود خاک در شظن ماسه باعث میشود که سیمان بخوبی به ذرات شن و ماسه نچسبد و استحکام بتون کاهش یابد.
• مزایای بتون: در محل مورد نیاز براحتی ریخته شده و در دمای اتاق سخت میشود. حتی در زیر آب نیز سخت میشود.
• معایب: بسیار ترد است. استحکام کششی آن 1/15-1/10 استحکام فشاری آن است. سازه های بزرگ بتونی دچار انبساط و انقباض حرارتی قابل توجه میشوند. آب در سطح آن ایجاد حفره کرده و باعث نفوذ آب و یخ زدن آن در هوای سرد میشود.

بتون تقویت شده-Reinforced Concrete

• استحکام بتون را بوسیله تقویت کننده هایی از جنس میله یا شبکه های فولادی میتوان افزایش داد. بدین ترتیب سازه تحمل بارهای کششی، فشاری و برشی بیشتری خواهد داشت.
• تقویت کننده از گسترش ترک داخل بتون جلوگیری میکنند.
• فولاد تقویت کننده خوبی برای بتون است. زیرا ضریب انبساط حرارتی آن با بتون تقریبا یکی است. همچنین داخل بتون سیعا زنگ نمیزند.
• چسبندگی بین فولاد و سیمان نسبتا خوب است. این چسبندگی بوسیله ایجادزائده روی میله افزایش میدهند.
• افزودن الیاف شیشه، نایلون، پولی اتیلن نیز باعث افزایش استحکام بتون است.

بتون دارای پیش بار- Prestressed Concrete

• روش دیگر افزایش استحکام بتون، ایجاد تنشهای پسماند فشاری در آن است.
• روش اول: سیمهای با استحکام بالا داخل قالب خالی قرار داده شده و تحت کشش قرار میگیرند. بعد از ریختن بتون و سخت شدن آن، نیروی کششی روی سیمها برداشته شده و بتون تحت فشار قرار میگیرد.
• روش دوم: سوراخهایی را بوسیله تعبیه لوله توخالی در سراسر بتون ایجاد کرده، بعد از سخت شده بتون از این سوراخها سیمهای فولادی رد کرده و تحت کشش قرار میدهند. لذا بتون تحت فشار قرار میگیرد.

کامپوزیتهای تقویت پراکندگی (ذرات ریز)- Dispersion Strengthened

• آلیاژهای فلزی و فلزات میتنوانند توسط پخش ذرات بسیار ریز بسیار سخت (مثل ذرات سرامیکی مثل اکسید آلومینیوم) مستحکم و تقویت شوند.
• مکانیزک تقویت کنندگی شامل جلوگیری از حرکت نابجاییها توسط ذرات تقویت کننده است. این روش در دمای بالا قابل بکارگیری است.
• ذرات باید بگونه ای انتخاب شوند که با ماتریس واکنشی صورت ندهند.
• مقدار کسر حجمی ذرات تقویت کنندهدر این حالت کم و در حد چند درصد است.

از جمله این کامپوزیتها میتوان به آلومینیوم-اکسید آلومینیوم اشاره داشت. ذرات پودر اکسید آلومینوم بسیار سخت بوده و به ماتریس نرم آلومینیوم اضافه میشوند