کرد.

فصل سوم

شکست ماده‌ی مرکب

3-1- پیشگفتار
در سال‌های گذشته، بهره‌جویی از ماده‌ی مرکب لایه‌ای در ساخت و نوسازی سازه‌ها بسیار گسترش یافته است. ماده‌ی مرکب از دو یا چند ماده شکل می‌گیرد. کارایی و ویژگی‌های آن به گونه‌ای طرح می‌شود که از یک از ماده‌ی ساده برتر باشد. به دلیل بهره‌جویی از تارهای پیوسته در تقویت ماده‌ی زمینه (ماتریس)، ماده‌ی مرکب نسبت به فلز دارای برتری است. برای نمونه، ماده‌ی مرکب لایه‌ای می‌تواند ترک‌های ریز به موازات تارها را بدون تغییر در استحکام و یا کاهش قابل توجه در ضریب ایمنی تحمل کند. آزادی عمل مهندس در قراردادن شمار دلخواهی لایه و نیز تعیین مناسب زاویه‌های تارها و لایه‌ها در بخش‌های آسیب‌پذیر، امکان پخش تنش و تغییر مسیر بار را فراهم می‌سازد. به سبب نرمی نسبی زمینه، تارها توانایی هماهنگ ساختن خود با بار وارد را دارند و از تمرکز تنش می‌کاهند.
از سویی، ساختار ماده‌ی مرکب لایه‌ای به گونه‌ای است که امکان تشکیل ترک در بین لایه‌ها وجود دارد. این ترک‌ها می‌توانند بر اثر بار رشد کنند و سبب افت شدید در استحکام و سختی سازه گردند. پیدایش ترک‌های میان لایه‌ای می‌تواند ناشی از بار ضربه و یا وجود ترک‌های زمینه در سازه باشد. با توجه به ناهمگنی جزء‌ها در فرآیند تولید، حالت‌های گوناگون گسیختگی و شکست ناشی از بارهای وارد و نیز وجود عامل‌های تاثیرگذار در پخش و تحمل بار، نمی‌توان گسیختگی این ماده را به شکل رضایت‌بخش پیش بینی کرد. برای شناخت، شیوه‌های عددی و آزمایشگاهی به کار می‌روند.
در این فصل، نخست، ویژگی‌های ماده‌ی مرکب می‌آید. پس از آن، به بررسی فرآیند آسیب و گسیختگی در این ماده در مقیاس ریز‌بینی و درشت‌بینی پرداخته می‌شود. در ادامه‌ی کار، به فرآیند آسیب و گسیختگی پرداخته خواهد شد. سپس، چگونگی شکل‌گیری ترک میان‌لایه‌ای و دلیل‌های پیدایش این پدیده معرفی می‌شود. سرانجام، رشد ترک میان لایه‌ای شرح داده می‌شود.
3-2- ماده‌ی مرکب
ماده‌های مرکب را به طور کلی در چهار دسته طبقه‌بندی می‌کنند. دسته نخست، ماده‌ی مرکب رشته‌ای است که شامل رشته‌هایی در یک ماده‌ی زمینه ‌(ماتریس) می‌باشد. دردسته‌ی دوم، ماده‌ی مرکب لایه‌لایه قرار دارد. آن‌ها از چندین لایه با جنس‌های گوناگون به هم چسبیده شکل می‌گیرند. ماده‌ی مرکب ذره‌ای که از قرارگرفتن ذره‌های فلز و یا ماده‌های دیگر در یک چسباننده به وجود می‌آید، در دسته‌ی سوم قرار دارند. از ترکیب دو یا تمامی سه نوع پیشین، دسته‌ی چهارم که گونه‌ی ترکیبی است، در دسترس قرار می‌گیرد. با افزایش روز افزون استفاده از ماده‌ی مرکب در تقویت سازه‌ها، مطالعه‌ی رفتار آن‌ها ارزشمند است]1ص[.
3-3- رفتار مکانیکی ماده‌ی مرکب
بیشتر ماده‌های مهندسی، همگن و همسانگرد می‌باشند. یک جسم همگن ویژگی یکنواخت در تمام نقطه‌های جسم دارد. به سخن دیگر، ویژگی‌های ماده تابعی از موقعیت آن نیست. همچنین، جسم همسانگرد در هر نقطه دارای ویژگی‌های یکسان در تمام راستاها می‌باشد.
ماده‌ی مرکب در حالت کلی ناهمگن و ناهمسانگرد است. جسم ناهمسانگرد ویژگی‌های مختلف در سه راستای عمود برهم در یک نقطه از جسم دارد. به سخن دیگر، جسم ناهمسانگرد دارای ویژگی‌های گوناگون در راستاهای متفاوت است و هیچ صفحه‌ی تقارنی ندارد. برای بررسی بیشتر درباره‌ی ویژگی‌های ماده‌ی مرکب، باید دو ویژگی مکانیک ذره‌ها و مکانیک خود جسم را مطالعه کرد. مکانیک ذره‌ها به بررسی رفتار ماده‌ی مرکب در مقیاس ریزبینی می‌پردازد و ویژگی‌های آن را بررسی می‌کند. مکانیک جسم به بررسی رفتار ماده‌ی مرکب با فرض همگن‌ بودن می‌پردازد و اثرهای ماده‌های تشکیل دهنده در ویژگی‌های ماده‌ی مرکب را به کار می‌گیرد.
3-4- وابستگی تنش و کرنش ماده
بر پایه‌ی قانون هوک، می‌توان رابطه‌ی تنش و کرنش در حالت کلی را به شکل زیر نوشت:
(3-1)

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   منابع پایان نامه درمورد صفحه‌ی، زیر، همسانگرد

در این برابری، مولفه‌های تنش، مولفه‌های ماتریس ماده و مولفه‌های کرنش می‌باشند. ماتریس ماده، 36 ضریب ثابت دارد. برای مشخص‌ کردن این ثابت‌ها، از کارمایه‌ی کرنشی بهره‌جویی می‌شود. تغییر کارمایه‌ی کرنشی را به صورت زیر می نویسند:
(3-2)
با جای‌گذاری رابطه‌ی (3-1) در معادله‌ی کنونی، برابری زیر به دست می‌آید:
(3-3)
از تابع‌ اولیه‌گیری روی حجم جسم، کل کار پیدا می‌شود:
(3-4)
می‌توان با مشتق‌گیری از این تابع نسبت بهیا، رابطه‌های زیر را نوشت:
(3-5)
(3-6)
(3-7)
با مقایسه‌ی رابطه‌های (3-6) و (3-7) ، تقارن ماتریس ماده ثابت می‌شود:
(3-8)

دسته‌ها: No category

دیدگاهتان را بنویسید