24 ژوئن 2024 -توسط اولگ شرباکوف، موسسه علم و فناوری اسکولکوف-الیاف کاملا صاف و نامرتب. اعتبار: میلاد جعفری پوریا
محققان مرکز نفت Skoltech نتایج جدیدی ارائه کرده‌اند که پیش‌بینی توزیع مجدد تنش مورد استفاده در مدل‌های مقاومتی مواد کامپوزیتی را بهبود می‌بخشد، که منجر به آزمایش‌ها و هزینه‌های کمتری برای تولید آنها می‌شود.
نویسندگان مدل قبلی ایجاد شده را با در نظر گرفتن این واقعیت که الیاف در مواد کامپوزیتی می‌توانند ناهمتراز شوند، ارتقا دادند، که تأثیر قابل‌توجهی بر پیش‌بینی‌های مدل‌سازی دارد. مقاله جدید در Composites Part A: Applied Science and Manufacturing منتشر شده است.
مواد کامپوزیت برای چندین دهه مورد مطالعه قرار گرفته اند، اما با وجود پیشرفت، هنوز فاصله زیادی بین شبیه سازی های عددی و داده های تجربی وجود دارد. هدف ما کاهش این شکاف بود.
مواد کامپوزیتی از دو جزء تشکیل شده‌اند: الیاف و ماتریس. در حالی که الیاف در یک لایه کامپوزیت در واقعیت ناهماهنگی را نشان می‌دهند، معمولاً به‌منظور ساده‌سازی در مدل‌سازی کامپوزیت‌های بسته‌بندی الیاف، کاملاً همسو هستند.
میلاد جعفری پوریا، نویسنده برجسته و دانشجوی برنامه ریاضی و مکانیک در این مقاله گفت: “ما در مدل خود الیافی با درجه ناهماهنگی طراحی کردیم، زیرا کاملاً با جهت خود همسو نیستند. این امر بر دقت محاسبات و ارزیابی مدل های مقاومت در مواد کامپوزیتی تأثیر می گذارد.”
رویکرد مدل‌سازی جدید به بهبود پیش‌بینی‌های مدل الیاف-بسته ایجاد شده در بلژیک و اعمال شده در تحقیقات مشترک منتشر شده در سال 2021 برای تجزیه و تحلیل مکانیسم‌های شکست در کامپوزیت‌های پلیمری کمک می‌کند. این مواد کاربرد گسترده‌ای در صنایعی مانند هوافضا پیدا می‌کنند، جایی که افزایش دقت شبیه‌سازی برای همراستایی با داده‌های تجربی برای کاهش تعداد آزمایش‌های مورد نیاز و در نتیجه کاهش هزینه‌های مربوط به ساخت سازه‌های کامپوزیتی ضروری است.
سرگئی آبایموف، دانشمند محقق در مرکز نفت اسکلتک یکی از نویسندگان این مقاله گفت: “مهندسی یاد گرفته است که چگونه با شکستگی های فردی برخورد کند – این ناحیه به عنوان مکانیک شکست شناخته می شود. در طی بازرسی های منظم، عیوب کشف شده و از پوست هواپیما جدا می شود و در نتیجه یک وصله در آن ناحیه قرار می گیرد.”
“اما موارد خطرناک تری وجود دارد – به اصطلاح مکانیک آسیب، زمانی که تعداد زیادی ریز نقص در مواد ظاهر می شود که با چشم غیر مسلح دیده نمی شود، و ما نمی توانیم هواپیماهای بزرگ را برای اشعه ایکس بفرستیم.
“از آنجایی که مواد می توانند با چنین ترک هایی بیش از حد اشباع شوند، این می تواند منجر به فاجعه شود: هیچ کس نمی تواند متوجه ترک شود، هواپیما به پرواز ادامه می دهد و سپس یکی از عناصر ساختاری فرو می ریزد. اقدامات ایمنی نیز انجام می شود. در برابر چنین شرایطی، عملکردهای انجام شده توسط عناصر ساختاری تکرار می شود، اما مسئله پیش بینی چنین انواع تخریب همچنان باز است.”
به گفته محققان، در ابتدا، این مدل تعدادی از جنبه‌ها را در نظر نگرفت، از جمله این واقعیت که همه الیاف کاملاً مستقیم نیستند.
آبایموف ادامه داد: «تحقیقات جدید و بعدی به واقعی‌تر شدن این مدل کمک می‌کند. دستاورد ما این است که برای اولین بار توانستیم آسیب را در یک بسته فیبر با جهت الیاف واقعی شبیه سازی کنیم. با این مدل، می توانیم پیش بینی آسیب در مواد کامپوزیتی را بهبود بخشیم تا شکاف بین شبیه سازی ها و داده های تجربی را کاهش دهیم. “
