دانلود تحقیق المان

مراحل حل مساله پروژه
1- تعریف نوع المان
برای تحلیل مواد مرکب ANSYS المانهای،SHELL63، SOLID46، SHELL99، SHELL 91 تعریف شده اند که بسته به نیاز می توان هر یک از آنها را استفاده کرد.

SHELL 99
این المان از نوع نقطه ای و یک المان سه بعدی با 6 درجه آزادی (RotZ و Roty و Rotx و Uz و Uy و Ux) در هر نقطه می باشد.

این المان طراحی شده تا بوسیله آن صفحاتی با ضخامت کم و یا متوسط و سازه های پوسته ای با ضریب افزایش ضخامت 10 برابر و یا بیشتر را مدل سازی کند.

البته برای سازه هایی با ضریب ضخامت کمتر می توان از المانهای Solid 46 و Shell 91، استفاده کرد.

همچنین این المان اجازه می دهد تا 100 لایه با ضخامت یکسان داشته باشیم و در صورتی که بیش از 100 لایه احتیاج باشد می توان ماتریس مواد را به صورت دستی وارد ساخت و همچنین این المان اجازه می دهد تا محاسبات معیار شکست نیز انجام شود.

SHELL 91
این المان شبیه المان Shell 99 می باشد با این تفاوت که تنها اجازه ایجاد 16 لایه به پایین را می دهد و قابلیت دریافت ماتریس مواد را ندارد، البته این المان ویژگی این را دارد تا رفتار پلاستیک و رفتار تحت فشارهای بزرگ را تحلیل کند که Shell 99 قادر به تحلیل آن نمی باشد.

Solid 46
این المان یک نسخه از المان Solid 45 می باشد که برای تحلیل مواد مرکب به صورت لایه ای تعریف شده است و دارای 8 نقطه، المان حجمی سه بعدی و دارای سه درجه آزادی (Uz، Uy، Ux) می باشد این المان طراحی شده تا بوسیله آن بتوان صفحات و اجسام لایه ای متشکل از مواد مرکب را مدلسازی کرد و می توان تا 100 لایه را در هر المان بوجود آورد.

یکی از ویژگیهای این المان این است که می توان مقدار زیادی المان را روی هم قرار داد تا بتوان بیش از 100 لایه را نیز مدل کرد و به این ترتیب اجازه انجام تغییر شکلهای درون لایه ای شیبدار ناپیوسته داده می شود .

همچنین وارد کردن ماتریس خواص مواد تشکیل دهنده نیز در این المان فعال می‌باشد.

این المان دارای یک سختی موثر در محورهای متقاطع می باشد که اجازه تنشهای غیر صفر، تنش و کرنش و جابجایی در محورهای متقاطع را می دهد و همچنین معیارهای شکست می تواند تعیین شده باشد.

در این پروژه به علت شکل و خواص فیزیکی نمونه، از المان Solid 46 استفاده شده است.

تعیین ویژگیهای لایه بندی
مهمترین مشخصه یک ماده مرکب ترتیب لایه بندی آن می باشد.

هر لایه ممکن است از ماده ارتوتروپیک متفاوتی ساخته شده باشد و ممکن است که هر لایه محورهای اصلی خودش با مرجعی متفاوت داشته باشد.

برای مواد مرکب الیافی، جهت الیاف تعیین کننده مبدا مختصات هر لایه است.

در حالت کلی دو روش برای تعیین ترتیب لایه بندی مواد در دسترس می باشد:
1- لایه بندی به وسله مشخص کردن ویژگیهای هر لایه به صورت انفرادی.

2- تعیین کردن ماتریس ساختمان مواد که ارتباط دارد با تعمیم نیروها و گشتاورها برای تعمیم تنش و کرنش، فشار و خمش (این مورد فقط برای المان های Solid 46 و Shell 99 قابل اجرا است).

الف) مشخص کردن ویژگیهای هر لایه به صورت انفرادی
با این روش ترتیب لایه ها به صورت تک تک و از پایین به بالا مشخص می شود.

لایه پایینی را با شماره یک و لایه های اضافه شده در جهت مثبت محور Zهای مبدا مختصات المانها از پایین به بالا مستقر می شوند.

در المانهای Solid 46 و Shell 99 این اجازه را می دهند تا در صورتی که مدل به صورت متقارن لایه گذاری شده باشد، فقط برای نیمی از لایه ها مشخصات مواد را تعیین کنیم.

برای هر لایه می توان ویژگیهای مواد (بوسیله تعیین شماره ماده)، زاویه مبدا هر المان (زاویه الیاف Theta) و ضخامت هر لایه (TK) را تعیین کرد.

حداقل اطلاعات لازم برای تحلیل مسایل مواد مرکب وارد کردن ویژگیهای مواد قید شده در زیر به Ansys می باشد.

1- مدول یانگ (E)
2- چگالی (DENS)
3- مدول برشی (G)
4- ضریب پوآسان (PR, NU)
لازم بذکر است که ضریب پوآسان دارای دو نوع ماژور و مینور می باشد که در اکثر موارد تجربه نشان داده در مواد مرکب لایه ای ضریب مورد نیاز همان ضریب پوآسان ماژور می باشد.

مشخصات موادی که در پروژه زیر مورد استفاده قرار گرفته اند به شرح زیر می‌باشد.

2- تعیین ثوابت المان ( Menu\ Preprocessor\ Real Constants) در این قسمت می توان با استفاده از منوی ثوابت حقیقی برای المان Solid 46 اطلاعاتی از قبیل: 1- تعداد لایه ها، 2- محل قرار گرفتن لایه مرجع، 3- مشخص کردن شماره ماده برای هر لایه، 4- زاویه الیاف، 5- ضخامت هر لایه را مشخص ساخت.

در این پروژه تعداد لایه ها 5، 3، 2 در نظر گرفته شده که نوع 5 لایه دارای 3 حالت زاویه ای مختلف می باشد.

در جدول زیر انواع حالات مورد استفاده در این پروژه را مشاهده می کنیم.

مشخصه فیزیکی دیگری که باید در مورد تحلیل مشخص باشد ضخامت المان و ضخامت هر لایه می باشد که با توجه به در نظر گرفتن شرایط نسبت قطعه صفحه به ضخامت کلی آن، این مسئله با ضریب 0.1 و ابعاد نیز تقویتی با نسبت 0.15 تحلیل می گردد با این فرض که قطر المان دایره ای 50mm باشد و نسبت ضخامت 0.1 باشد می توان ضخامت هر لایه را بدست آورد.

3- تغییر خواص ماده در این قسمت با توجه به جدول ارائه شده برای مواد در ابتدای بخش می توان اطلاعات مورد نیاز برای حل مساله را به Ansys داد فقط باید توجه داشت که تمامی اعداد را به صورت واحد اصلی (پاسگال) وارد نماییم و جهت تعریف خواص ماده از گزینه Ortho tropic استفاده کنیم.

4- مدل سازی هندسی در این قسمت می بایست یک المان دایره ای شکل را که بوسیله یک تیر صلیبی شکل تقویت شده است را مدل سازی کنیم، از روشهای مختلفی می توان این مدل را ساخت به عنوان مثال می توان با استفاده از دستور نقاط و خطوط شکل صلیب را بوجود آورد و سپس این خطوط را به صورت یک صلیب صفحه ای شکل تبدیل کرده و در مرحله بعدی به آن حجم داده و شکل صلیب را بدست آوریم اما اشکال این روش شکل انتهایی صلیب می باشد.

که به صورت مستطیل شکل بوده و در هنگام بارگذاری بدلیل بوجود آمدن صفحات کوچک مابین لبه گرد دایره و لبه تیز مستطیل بارگذاری را مشکل می سازد سپس می بایست روشی را بکار برد که انتهای صلیب قوسهایی با شعاع برابر با شعاع و مرکزی برابر با صفحه گرد بالایی داشته باشند.

برای حل مشکل فوق می توان در ابتدا با استفاده از دستور ساخت استوانه یک استوانه کامل را با مرکزی به مختصات (0,0) و ضخامت 5/1 برابر ضخامت دایره بالایی و با قطر 50mm ساخت (بهتر است که ضخامت صفحه را به صورت منفی بدهیم تا صلیب زیر صفحه x,y قرار گیرد) و در مرحله بعد که صفحه دایره ای شکل اضافه می شود کار راحت تر انجام شود.

Main Menue\ Preprocessor\ Modeling- Creat\ Volumes- Cylinder\ Solidcylinder حال می توان با استفاده از دستور رسم مکعب، یک مکعب را که گوشه چپ و پایین آن در نقطه (1.5t , 1.5t) – t ضخامت صفحه دایره ای می باشد و با طول و عرض بیش از شعاع دایره و با ضخامت بیشتر از –1.5t رسم کنیم.

Main Menue\ Preprocessor\ Modeling- Creat\ Volumes- Block\ Bycorners & Z در مرحله بعد می توان این مربع را با استفاده از دستور Reflect یکبار نسبت به صفحه y,z و یکبار دیگر هر دو صفحه را نسبت به صفحه xz قرینه سازی کنیم تا بتوانیم شکل یک صلیب را در روی این دایره پیدا کنیم.

Main Menue\ Preprocessor\ Modeling- Reflect\ Volumes در مرحله نهایی خلق شکل صلیب می توانیم این چهار مربع را با دستور Subtract از دایره کم کنیم و شکل نهایی صلیب را بدست آوریم.

برای اینکار ابتدا باید دایره را انتخاب کرده و پس از زدن دکمه Enter مربع ها را انتخاب نمود و سپس دوباره Enter را فشار داده تا شکل نهایی صلیب تقویتی بدست آید.

Main Menue\ Preprocessor\ Modeling- Operate\ Booleans- Subtract\ Volumes قسمت دوم مدل سازی بوجود آوردن المان دایره ای شکل روی صلیب می باشد که براحتی می توان آن را بوسیله دستور ترسیم استوانه بدست آورد.

این استوانه به (0,0)، ضخامت t و قطر 50 میلیمتر می باشد.

البته این اطلاعات برای ترسیم یک استوانه کافی می باشد اما برای رسم این استوانه بهتر از روشی استفاده کنیم که مش بندی حالتی منظم تر پیدا کرده تا زمان حل مساله کمتر و دقت جوابها بیشتر شود و در مرحله بدست آوردن جوابها برای مشخص کردن مسیر استخراج تغییر جابجایی در جهت محور Zها بتوان از نقاط موجود استفاده کرد.

برای بدست آوردن نکات فوق می توان این استوانه را با استفاده از ترسیم 8 قطاع 45 درجه و با کنار هم گذاشتن این مقاطع ترسیم کرد.

برای رسم یک قطاع می توان از مسیر زیر عمل کرد: Main Menue\ Preprocessor\ Modeling- Great\ Volumes- Cylinder\ Partial Cylinder و سپس مقادیر زیر را وارد ساخت wpx = 0 , wpy = 0 Rad – 2 = 25e – 3 Theta – z = 45 Depth = 5e – 3 لازم بذکراست درمواردی که هیچ عددی قید نشده می بایست در قسمتهای مربوطه هیچ عددی وارد نساخت.

حال می توان با استفاده از دستور زیر (شماره 1) ابتدا مختصات را به مختصات استوانه ای تبدیل کنیم و سپس با استفاده از دستور (شماره 2) این قطاع را به صورت دایره و در حول مرکز مختصات به تعداد هشت عدد کپی کرده تا شکل یک استوانه کامل را داشته باشیم.

1) Utility Menu\ Work Plane\ Chang Active Csto\ Global Cylindrical 2) Main Menue\ Preprocessor\ Modeling- Copy\ Volumes مقادیر مورد نیاز برای کپی کردن استوانه در ذیل قید شده است (موارد قید نشده به صورت جای خالی باقی می ماند) Itime Number of Copies 8 Dy y-offset in active CS در این مرحله مدل هندسی ما کامل می باشد اما نکته قابل توجه این است که مجموع احجام بدست آمده (9 حجم) به صورت جداگانه و غیر یکپارچه می باشند برای اینکه مجموعه را به صورت یکپارچه بسازیم می توان از مسیر قید شده زیر عمل کرد و هشت قطاع دایره را تبدیل به یک استوانه کامل کرد.

Main Menue\ Preprocessor\ Operat\ Booteans-Add\Volumes و سپس با استفاده از دستور زیر استوانه و صلیب تقویتی را به صورت یک مجموعه برهم چسبیده تبدیل کرد.

Main Menue\ Preprocessor\ Operat\ Booteans- Glue\Volumes 5- مش بندی مجموعه پس از تکمیل مدل هندسی برای اینکه نرم افزار Ansys قادر به انجام تحلیل F.E روی مدل باشد باید مجموعه را مش بندی کرد در این حالت باید ابتدا خطوط حاصل از قطاع های دایره را با استفاده از قسمت Lines و دکمه Set انتخاب کرده و آنها را به قسمتهای ده تایی تقسیم کرده تا شکل مش بندی ایجاد شده منظم تر گردد.

و سپس با استفاده از منوی زیر و قرار دادن مش در حالت Volumes و Shape در حالت tet و Mesher در حالت Free مش بندی مجموعه را تمام کرد.

6- اعمال شرایط مرزی الف) اعمال قیود هر مساله مورد تحلیل در Ansys باید در تمامی درجات آزادی خود مقید باشد.

با توجه به اینکه المان مورد نظر دارای سه درجه آزادی می باشد کافی است که قیود مورد نظر در سه درجه آزادی اعمال گردد تا مساله از نظر Ansys قابل حل باشد، با توجه به شرایط مساله می توان نتیجه گرفت که محیط این استوانه فقط می بایست قادر به حرکت در صفحه x,y باشد پس می توان نقاط دور تا دور این جسم را انتخاب کرده و سپس این نقاط را به مختصات استوانه ای تبدیل کرده و در جهات Z و چرخش نقاط حول مبدا مختصات (Uz,Uy) مقید نماییم حال می دانیم که هنوز جسم در جهات دیگر مقید نیست و با این فرض که جسم از یک نقطه ثابت است و در جهت y,x حرکت نخواهد کرد یک نقطه از جسم را در جهت Uy,Ux مقید می کنیم.

مراحل انتخاب نقاط دورتادور با استفاده از منوهای زیر قابل دسترسی است.

1) چرخش مبدا مختصات به مختصات استوانه ای utility Menu\ Work Plan\ Charg Active CS to\ Global Cylinderical 2-انتخاب نقاط دور تا دور utility Menu\ Select\ Entities پس از انجام مرحله 2 منوی فوق را در شرایط زیر تنظیم می کنیم.

الف) دکمه دایره ای (Radio Button) X Coordinates را روشن می کنیم.

ب) گزینه Min , Max را برابر با 50e-3 و 50e-3 قرار می دهیم.

ج) دکمه Enter را زده و نقاط حول جسم انتخاب می شوند.

سپس با رفتن به منوی زیر و انتخاب تمامی نقاط می توان قیود نقاط را در جهت Uy,Ux (چرخش حول مرکز) قرار می دهیم.

Main Menu\ Preprocessor\ Loads\ Apply\ Displacement\ On nodes حال با انتخاب یک نقطه در کنار و مقید کردن آن در جهت Ux مساله از لحاظ قیود کامل می شود.

ب) اعمال بار با توجه به نوع مساله، بارگذاری باید بر روی مساحت جانبی استوانه و در جهت شعاع استوانه باشد بنابراین می توان این بار را با یک فشار بر روی سطح جانبی استوانه جایگزین کرد و مقدار آن نشان دهنده ضریب بارکمانش است که در محاسبه بار بحرانی در نتایج بدست آمده ضرب می شود و چون بار فشار است نه کششی می‌توان مقدار آن را (1+) قرار داد.

جهت اعمال بارگذاری می توان از منوی Select Entities ابتدا مساحت جانبی استوانه را با قرار دادن منوی کرکره ای اول روی Areas، منوی دوم روی Bylocation و Max,Min را روی 0.05 و 0.05 انتخاب کرده و سپس فشار را از طریق منوی زیر اعمال کرد.

Main Menu\ Preprocessor\ Loads\ Apply\ Pressure\ Areas 7- حل مساله برای انجام تحلیل کمانش روی مدل ابتدا نیاز به یک ماتریس سختی برای جسم داریم که این ماتریس را در صورتی که ابتدا جسم را به صورت استاتیکی تحلیل کنیم بدست می آید.

الف) تحلیل استاتیکی با رفتن به منوی زیر می توانیم نوع تحلیل را در حالت Static تعیین کنیم.

Main Menu\ Solution\ New Analysis سپس با رفتن به منوی زیر و قرار دادن Prestresson بوجود آمدن یک ماتریس سختی برای مدل را تعریف می کنیم که این ماتریس در تحلیل کمانش استفاده خواهد شد.

Main Menu\ Solution\ Analysis Options در این مرحله تنظیمات تحلیل استاتیکی کامل نشده است و مساله قابل تحلیل می‌باشد که با رفتن به منوی زیر تحلیل استاتیکی مساله آغاز می شود.

Main Menu\ Solution\ Solve- Current LS ب) تحلیل کمانش در مرحله اول همانند تحلیل استاتیکی با رفتن به منوی زیر نوع تحلیل را در حالت تحلیل کمانش قرار می دهیم.

Main Menu\ Solution\ New Analysis سپس با رفتن به منوی زیر می توانیم مشخصات تحلیل را تعیین کنیم که برای این پروژه 3 مود (Mode) کمانش را مورد بررسی قرار دادهو تحلیل را در حالت Sub Space که مجموعه را به صورت کامل تحلیل می کند تنظیم می کنیم.

Main Menu\ Solution\ Analysis Options هم اکنون مساله آماده تحلیل نهایی شده است و کافی است با رفتن به منوی زیر مساله را به صورت کامل و برای 3 مود تحلیل کنیم.

Main Menu\ Solution\ Solve- Current LS 8- مشاهده نتایج حاصل هم اکنون مساله به صورت کامل تحلیل شده و آماده ارائه جوابها می باشد، نتایج مورد نیاز ما در این پروژه شامل موارد زیر است: الف) بدست آوردن بارهای بحرانی ب) مشاهده تغییر شکل در مودهای مختلف پ) بدست آوردن دیاگرام تغییرات در جهت Z براساس حرکت در خطوط 90,45,0 درجه ت) بررسی جوابها و نتیجه گیری از تحلیل مسائل مختلف الف) بدست آوردن بارهای بحرانی بارهای بحرانی مقادیری می باشند برحسب پاسکال که با اعمال این بارها جسم وارد مود مربوط به آن می شود که برای مشاهده این نتایج می توان از طریق منوی زیر اقدام کرد.

Main Menu\ General Post Processor\ Results Summery لازم بذکر است که بار بحرانی در زیر مجموعه Time/Freq قید شده و می‌بایست در بار استاتیکی (1+) ضرب شود تا بار بحرانی بدست بیاید و مود مربوط به بار نیز در زیر مجموعه Set درج گردیده است.

ب) مشاهده تغییر شکل سم در مودهای مختلف در این مرحله می توانیم تغییر شکل حاصل از رفتن جسم به مودهای مختلف را بدست بیاوریم که با توجه به نمونه رنگ بندی موجود در کنار صفحه نمایش می توان محل هایی را که بیشترین و کمترین تغییر شکل را داشته اند مشخص کرد.

1- Main Menu\ General Post Processor\ Read Results- First Set 2- Main Menu\ General Post Processor\ Plot Result\ Nodal Solution پ) دیاگرام تغییرات در جهت Z در این مرحله می توان جابجایی نقاط در جهت محور Z را نسبت به یک خط فرضی (خطوط بجامانده از هشت قطاع تشکیل دهنده استوانه) بر روی یک نمودار مشاهده کرد.

جهت مشخص کردن یک مسیر که تغییر مختصات نقاط روی آن را در یک نمودار بیاوریم از منوی زیر می توان استفاده کرد.

Main Menu\ General Post Processor\ Path Operations\ Define Path\ By Point برای تعیین نقاط خطوط می توان از نقاطی که در اثر تقسیم شدن خطوط قطاعهای دایره باقی مانده اند استفاده کرد.

حال با استفاده از نقاط قید شده می توان سه مسیر 90,45,0 درجه را تعریف کرد و در هنگام گرفتن اطلاعات با فراخوانی مسیرها (Recall Path) برای تک تک مسیرها با استفاده از منوی زیر تغییر ارتفاع نقاط را مشخص کرد.

Main Menu\ General Post Processor\ Path Operations\ Maponto Path حال که هر دو محور دیاگرام مشخص گردید می توان با استفاده از منوی زیر دیاگرام شکل را رسم نمود.

Main Menu\ General Post Processor\ Plot Path Item- On Graph نحوه تنظیم مشخصات دیاگرام با استفاده از منوی زیر می توان مشخصات دیاگرام را که شامل تقسیم بندی مجموعه‌ها ضخامت خطوط، نوع مدرج کردن، نام محورها و… را مشخص نمود.

Utility Menu\ Plot Ctrls\ Style\ Graphs شکل PR24 نحوه ذخیره کردن مساله پس از انجام مرحله قبل حل مساله به صورت کامل انجام می پذیرد اما نکته قابل توجه این است که فایل بدست آمده تنها قابلیت حل یکی از حالتها را دارد و برای بقیه موارد می زیست مراحل قبل را مجدداً تکرار کرد.

اما یکی از ویژگیهای Ansys این است که می تواند برنامه های انجام شده را به صورت مجموعه ای از دستورها ذخیره کند و با ویرایش این دستورهای می توان یک برنامه را به صورت چند منظوره تبدیل کرده و برای تمامی حالات مختلف از آن استفاده کنیم، نحوه ذخیره کردن فایل به صورتزیر می باشد.

1- ابتدا از طریق منوی اصلی وارد گزینه File می شویم.

2- سپس وارد گزینه Write Dblog File می شویم.

3- نام فایل را با پسوند *.Lgw وارد کرده.

4- در قسمت پایین فقط دستورات ضروری را مشخص کرده و دکمه Ok را فشار می‌دهیم.

حال دستورات حل اولین مساله به صورت یک فایل متنی با پسوند (Lgw) ذخیره شده است و می توان روی آن ویرایش های لازم را انجام داد.

در این پروژه متغیرهایی برای حل مسائل مختلف وجود دارند که از جمله آنها می توان به تغییرات مدول الاستیسیته، مدول برشی، ضرائب پواسان، تعداد لایه ها، زاویه الیاف و نسبت ضخامت اشاره کرد که تمامی این موارد را بوسیله دستور ASK می توانیم به صورت یک ورودی تعریف کرده و به صورت پارامتری این موارد را وارد گزینه های مربوطه کنیم.

برای بهتر مشخص شدن این تغییرات در مواردی که تغییر اعمال شده زمینه طوسی رنگ برای جملات انتخاب شده است.

ویژگیهای مواد مرکب مواد مرکب کامپوزیتها موادی هستند که قابلیت تولید محصولاتی با کیفیت بالا، ارزان و با دوام را دارا می باشند این نوع مواد در محصولات زیادی در زندگی روزمره ما یافت می‌شوند، از اتومبیلهای سواری، چوبهای اسکی قایقها و… علاوه بر اینها، کامپوزیتها در صنایع حساس و استراتژیک مانند صنایع هوا و فضا و نظامی نیز کاربردهای بسیاری دارند کامپوزیتها در کاهش هزینه ها و افزایش کارایی بسیار موثر می باشند و موادی هستند که بسیاری از مشکلات صنعتی را می توانند حل کنند.

اگر بخواهیم یک تعریف جامع از کامپوزیتها ارائه دهیم می توان گفت که یک ماده کامپوزیت تشکیل شده از دو ماده غیر همسان که ماده حاصله از تک تک مواد قوی‌تر می‌باشد.

کامپوزیتها می توانند هم به صورت طبیعی و هم به صورت مصنوعی ساخته شوند.

در مورد کامپوزیتهای طبیعی می توان از چوب نام برد که ترکیبی از الیاف سلولزی و چسبی طبیعی به نام لینگن می باشد تخته چند لایی نیز یک کامپوزیت می‌باشد که ساخت بشر است و ترکیبی است از مواد طبیعی و مصنوعی.

بدین صورت که لایه هایی نازک از چوب با چسب مخصوص آغشته شده و به هم چسبانده می شود که محصول از چوب طبیعی قوی تر می باشد.

از دیگر مواد کامپوزیتی سنتی که ساخته دست بشر می باشند.

می توان آجرهای خشتی (ترکیب کاه به عنوان فیبر و گل به عنوان ماتریس) را نام برد.

یکی دیگر از سازه های کامپوزیتی کلاسیک بتن مسلح می باشد که ترکیبی از بتن و فولاد است و در نتیجه از استحکام فشاری بالای بتن و استحکام کششی بالای فولاد یک محصول کامپوزیتی با استحکام بالای کششی و فشاری تولید می شود.

مواد کامپوزیتی بسیار دیگری نیز در محیط اطراف ما یافت می شود که شاید تا کنون به آنها توجه چندانی نکرده باشیم مواد زیادی مانند تایر اتومبیلها، وسایل ورزشی و… از این دسته می باشند.

در حدود 90% کامپوزیتهای تولید شده از الیاف شیشه و رزین پلی استر و ونیل استر استفاده می شود و 65% کامپوزیتها با استفاده از روش قالبگیری باز و 35% باقیمانده با استفاده از قالبگیری بسته (یا پیوسته) تولید می شوند.

کامپوزیتها را می توان به عنوان پلاستیکهای تقویت شده یا به طور ویژه الیاف تقویت کننده ای در ماتریس پلیمری دانست.

در حالتهای عمومی غالباً الیاف تقویت کننده فایبرگلاس می‌باشند و در صنایع خاص از الیاف با استحکام بالاتری نظیر آرامید و کربن استفاده می شود.

این الیاف تقویتی با رزینهایی مانند ماتریس پلیمری رزین ترموستی مانند پلی استر، وینیل استر و رزینهای اپاکسی به عنوان ماتریس به کار برده می شوند در کاربردهای ویژه نیز از رزینهای خاص مانند فنولیک، پلی اوره تان، وسیلیکون نیز استفاده می شود.

ترموپلاستیکها موادی هستند که می توانند حرارت دیده و شکل بگیرند و با دوباره حرارت دیدن مجدداً به حالت مایع برگردند که از انواع این مواد می توان اغلب پلاستیکهای خانگی نظیر پلی اتیلن اکریلیک، نایلون و پلی استیرن را نام برد.

در کامپوزیتها معمولاً از رزینهای ترموستی که در ابتدا به صورت مایع می باشند و در هنگام فرایند قالبگیری به شکل جامد تبدیل می شوند استفاده می کنند که این فرایند با نام اتصال متقاطع که غیرقابل بازگشت می باشد شناخته می شود که همین امر باعث می شود تا در مواد کامپوزیت مقاومت شیمیایی و حرارتی و خواص فیزیکی و دوام سازه ای نسبت به ترموپلاستیکها بیشتر باشد.

مزایای استفاده از کامپوزیتها 1- استحکام بالا: مواد کامپوزیتی طوری طراحی می شوند که در جهت رفع نیاز به استحکام خاص در جهاتی باشند و با توجه به توانایی ترکیب رزینها و تقویت کننده‌های متنوع میتوان به خواص مکانیکی مورد نیاز مشتری دسترسی پیدا کرد.

2- سبکی: کامپوزیتها موادی هستند که دارای استحکام بالا و وزن پایین می باشند و در اصل کامپوزیتها جهت تولید سازه هایی با بالاترین نسبت استحکام به وزن شناخته شده برای بشر به کار برده می شوند.

3- مقاومت به خوردگی: کامپوزیتها موادی هستند که به علت نوع و جنس پلیمری آنها موادی بسیار مناسب جهت کاربرد در محیط های اسیدی، بازی و دیگر مواد شیمیایی می باشند.

4- انعطاف پذیری: کامپوزیتها این ویژگی را دارند که می توان آنها را با شکلهایی پیچیده و با هزینه نسبی کم قالبگیری کرد و انعطاف پذیری آنها در ایجاد شکلهای پیچیده یکی از ویژگیهای بارز کامپوزیتها می باشد.

5- بادوام بودن: سازه های کامپوزیتی دارای عمر طولانی و بادوام مناسب می‌باشند که همین امر باعث می شود نیازمندی به تعمیرات در آنها بسیار کاهش یابد و طول عمر در سازه های حساس، یک امر بسیار مهم می باشد که در سازه های کامپوزیتی این مر مشهود می باشد و با اینکه بیش از 50 سال از عمر کامپوزیتها می گذرد اما هنوز سازه های کامپوزیتی ساخته شده اولیه به طور کامل فرسوده نشده اند.

دسته بندی کامپوزیتها از نظر بازار مصرفی 1- کامپوزیتهای مصرفی محصولات مصرفی نظیر قایقها، اتومبیلها، محصولات بازسازی شده، پوشش حمامها و وسایل ورزشی می باشند.

در اغلب موارد (نه همیشه) کامپوزیتهای مصرفی شامل محصولاتی می باشند که به یک پرداخت تزئیناتی نیاز دارند.

در بسیاری موارد پرداخت تزئیناتی یک پوشش شناخته شده به نام ژل‌کت درون قالب است.

لازم بذکر است که این نوع (نوع مصرفی) بخش عمده ای از کل محصولات بازار کامپوزیت را به خود اختصاص می دهد.

2- کامپوزیتهای صنعتی این دسته شامل مخازن زیر زمینی، خراشنده ها، لوله کشیها، دودکشها، اجزاء عملیات تصفیه آب، مخازن تحت فشار و گروهی دیگر از محصولات می باشند.

این مواد در کاربردهای صنعتی مانند جاهائیکه نیاز به مقاومت به خوردگی و عملکرد درمحیط هایی با شرایط بد را می طلبد مصرف می شوند.

به طور کلی رزینهای در حد متوسط نظیر ایزوفتالیک و وینیل استر برای مشخصه‌های مقاوم به خوردگی مورد نیاز می باشد و الیاف شیشه (فایبرگلاس) نیز تقریباً همواره به عنوان الیاف تقویت کننده به کار می روند و معمولاً پرداختهای تزئیناتی به عنوان دومین خواسته عملکردی این محصولات به حساب می آید.

3- کامپوزیتهای پیشرفته کاربرد این دسته شامل صنعت هوافضا شامل انواع هواپیماهای نظامی و تجارتی در ابزارهای ورزشی و در جاهائیکه عملکرد بالایی مورد نیاز است نظیر چوبهای گلف راکتهای تنیس چوبهای بلند ماهیگری و کمانهای تیر اندازی و جاهائیکه خواصی نظیر نسبت استحکام بالا به وزن پایین مد نظر است، می باشد.

به طور کلی می توان این دسته را کامپوزیتهایی دانست که دارای قیمت گران اما دارای رزینهایی با عملکرد بالا و الیاف تقویت کننده ای با استحکام و سفتی بالا می باشند.

از رزینهای مورد استفاده در این دسته می توان به طور عمده به رزین اپاکسی (Epoxy) و الیاف تقویت کننده آرامید کربن یا گرافیت و به طور محدودتر از رزینهای اگزوتیک و الیاف استفاده شده در کامپوزیتهای پیشرفته اشاره کرد.

کامپوزیت به عنوان یک ماده مهندسی قابل تعریف در صورتی که بخواهیم در ساخت و طراحی یک سازه از یک تیر فلزی با مقطع I شکل برای تحمل باری معین استفاده کنیم می توان به راحتی یک هندبوک تیرها را باز کرده و تیر مورد نظر را انتخاب کنیم در صورتی که در کامپوزیتها عوامل بسیار زیادی در تعیین جنس دخالت دارند و چیزی به اسم یک کامپوزیت کلی و عمومی وجود ندارد و همین عوامل باعث می شود تا کامپوزیتها به صورت یک ماده مهندسی قابل تعریف در آیند.

رزینهای زیادی وجود دارند که در ساخت کامپوزیت استفاده می شوند مانند پلی‌استر، وینیل استر، اکلریک اصلاح شده، اپاکسی، فنولیک و اوره تان.

اما هر یک از اینها ویژگیهای خاص خود را دارا می باشند.

به عنوان مثال در صورتی که اگر محصولی نیاز است که در مقابل خوردگی مقاوم باشد، رزین وینیل استر یا ایزوفنالیک می تواند به کار برده شود و اگر استحکام بالا برای ما مورد توجه باشد یک اپاکسی را می توان به عنوان رزین انتخاب کرد، اگر هزینه محصول یک عامل مهم باشد رزین پلی استر یک مصرف مناسب می باشد که بازهم بسته اینکه مسایل تزئینی مهم است یا بالا بردن مقاومت به خوردگی و یا مقاومت به دماهای بالا و… فرمولهای انتخابی رزین پلی استر تغییر خواهد کرد.

فرایند ساخت کامپوزیتها به طور کلی کامپوزیتها از نظر نحوه ساخت به دو دسته کلی زیر تقسیم می‌شوند.

1- قالبگیری باز (قالبگیری تماسی) در قالبگیری باز ماده کامپوزیتی لایه ها و ژل کت در هنگام ساخت در معرض اتمسفر محیط می باشند و شامل حالتهای زیر است.

الف) لایه گذاری دستی: کاربرد دستی رزین – کاربرد مکانیکی رزین ب) فرایند لایه گذاری با الیاف سوزنی: روش پاشش با اسپری به صورت اتمیزه- به کارگیری غیر اتمیزه ج) روش فیلامن و ایندینگ 2- قالبگیری بسته در این نوع قالبگیری کامپوزیت در یک قالب دو تکه یا درون کیسه خلاء ساخته می شود که شامل حالتهای زیر می باشد.

الف) قالبگیری فشاری: ترکیب قالب گیری صفحه یا (SMC) Sheet Molding Compound ترکیب قالبگیری حجیم (BMC) Bulk Molding Compound ترکیب قالبگیری ضخیم (TMC) Thick Molding Compound ب) قالبگیری کششی Pultrusion Processing پ) قالبگیری تزریقی عکس العملی تقویت کننده Reinforced Reaction Injection Molding ت) قالبگیری انتقال رزین Resin Transfer Molding ث) قالبگیری تحت کیسه خلاء: لایه گذاری خیس- پری پرگ PrePerg ج) فرایند تزریق در خلا چ) ریخته گری گریز از مرکز ح) لایه گذاری پیوسته قالبگیری باز در این فرایند تقویت کننده ها به صورت پارچه های سوزنی، بافته شده یا به هم کوک زده شده بوسیله دست در محل خود قرار داده می شوند و سپس با رزین آغشته می گردند که رزین می تواند بوسیله دست و یا قلم و یا بوسیله دیگر وسایل مکانیکی با الیاف آغشته شود.

روش لایه گذاری دستی از این روش در ساخت محصولاتی از قبیل قایقها، مخازن، پوشش حمامها، بوشها، قطعات کامیونها و اتومبیلها سازه های معماری و… استفاده می شود.

در این روش ابتدا برای بدست آوردن سطحی با کیفیت بالا روی قالب ژل کت زده می شود و پس از اینکه به مقدار کافی ژل کت زده شد الیاف تقویت کننده فایبرگلاس را به صورت دستی روی قالب قرار می دهند و سپس رزین بوسیله پاشش، ریختن، قلمرو زدن غلتک زدن و یا به کمک لیسه و یا پاشش بوسیله اسپری زده می شود.

روش فیلامنت وایندینگ در این روش الیاف به دور یک مدل دوار به عنوان قالب پیچیده می شوند که از این روش بیشتر برای ساخت قطعاتی توخالی که استحکامهای کششی بالایی را می‌طلبند نظیر مخازن نگهداری سوخت، مواد شیمیایی، لوله ها، دودکشها، مخازن تحت فشار و پوسته موتور راکت بکار می رود.

نحوه کار بدین صورت است که الیاف به صورت پیوسته از درون یک حمام رزین، تغذیه شده و بدور مدل دوار پیچیده می شوند که تغذیه الیاف بوسیله یک غلتک که به صورت عرضی در طول مدل حرکت می کند انجام می پذیرد.

قالبها در این روش اغلب از جنس آلومینیوم و فولاد می باشد و بنحوی ساخته می‌شوند که قابل مچاله شدن جهت راحت تر کردن بیرون آمدن قالب باشند.

از مزیتهای این روش می توان نسبت استحکام به وزن بالا، کنترل زیاد روی یکنواختی و جهت الیاف را نام برد.

قالبگیری بسته قالبگیری فشاری: این روش دارای سه نوع BMC و TMC و SMC می باشد و مناسب برای حجم بالای تولید است در این روش از قالبهای فلزی با دمای بالا استفاده می شود که درون پرسهای بزرگ نصب شده اند.

قالبها در دمایی بین 250 تا 400 درجه فارنهایت گرم شده و بین 250 تا 3000، Psi فشار را به ماده کامپوزیتی وارد کرده و پس از باز شدن دو کفه قالب، قطعه به صورت آماده برداشته می شود و در این روش کمترین پرداخت کاری و برشکاری نهایی لازم می باشد.