مواد و ساخت پیشرفته

توسعه کامپوزیت­‌های تقویت­شده با الیاف مهره ­دار­شده نشان‌دهنده استراتژی­‌های طراحی امیدوار­کننده‌­ای هستند که قادر به بهبود همزمان استحکام و چقرمگی مواد هستند. آزمایش‌های اخیر نشان داده‌اند که تغییر شکل پلاستیک ماتریس پلیمری مکانیسم اصلی اتلاف انرژی است که به تحمل آسیب کامپوزیت‌های تقویت‌شده با الیاف مهره‌ای کمک می‌کند.

در جدیدترین تحقیقات، به منظور تجزیه و تحلیل‌ تغییر شکل پلاستیک کامپوزیت‌های تقویت­ شده با الیاف مهره‌دار­شده در هنگام بیرون کشیدن الیاف آزمایشاتی انجام شده است. برای این منظور، نرم­شدن کرنشی پس از تسلیم و سخت­شدن کرنشی ماتریس پلیمری در نظر گرفته شده، و اثر اصطکاک بین مهره و ماتریس پلیمری در شبیه‌سازی اجزای محدود گنجانده شده است. نتایج آزمایشات نشان داده است که تغییر شکل پلاستیک در کامپوزیت­های تقویت­شده با الیاف مهره‌­دار­شده به شدت به ویژگی­‌های پلاستیسیته ماتریس پلیمری وابسته است. مهره‌­های الیاف، تغییر شکل پلاستیکی بسیار موضعی را با ناحیه پلاستیکی واقع در مجاورت فصل مشترک الیاف-مهره نشان می­دهد. برای ماتریس پلیمری که نرم­شدن کرنشی را بدون سخت شدن نشان می­‌دهد، کرنش پلاستیک در مهره بزرگتر از کرنش پلاستیک در ماتریس است، در نتیجه تمایل به شکستگی در سطح مشترک الیاف-مهره افزایش می­یابد. نرم­شدن کرنشی به دنبال رفتار سخت ­شدن ماتریس پلیمری، ظهور باندهای برشی متعددی را امکان­پذیر می­‌کند، در حالی که سخت­شدن کرنشی در گسترش تغییر شکل پلاستیک نقش مهمی ایفا می­کند و باعث ایجاد ناحیه پلاستیکی بزرگ در زمینه پلیمری می­شود. همچنین نشان داده شده است که سطح بالای اصطکاک بین مهره و ماتریس می‌تواند ادغام باندهای برشی را در ماتریس پلیمری افزایش دهد.

یافته‌های این مطالعه مسیر جدیدی برای توسعه اصول طراحی کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف مهره­ دار روشن می­‌کند.

منبع:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0020768322004383