سرفصل های درس مکانیک مواد مرکب (کامپوزیت ها) به صورت جلسه به جلسه

سرفصل های درس مکانیک مواد مرکب (کامپوزیت ها) به صورت جلسه به جلسه در این بخش ارائه شده است. درس مواد مرکب هم در مقطع کارشناسی و هم در مقطع ارشد ارائه می شود. مطالبی که در کلاس ارائه می شود به صورت زیر است.

پیشنهاد ویژه ایران مدرس: کاربرد کامپوزیت ها در هواپیما - کاربرد پنل های ساندویچی در بال هواپیما

جلسه اول: مقدمات، معرفی مواد مرکب و تشریح ماتریس و الیاف، انواع مواد مرکب، مواد مرکب ذره ای، پولکی، رشته ای، نانوکامپوزیتها

مواد مرکب از الیاف و ماتریس تشکیل شده اند. ماتریس همان زمینه است و می تواند پلیمری، فلزی و یا سرامیکی باشد. وظیفه اصلی الیاف تحمل بار است و ماتریس فقط الیاف را در کنار هم نگه می دارد.

جلسه دوم: مواد مرکب پلیمری، انواع جنس الیاف، الیاف شیشه، گرافیت، معرفی انواع رزین ها با خواص آنها، ویژگیی های اصلی اپوکسی ها، ترموست و ترموپلاستیک

الیاف می توانند به صورت ذره ای و یا رشته ای و .... در ماتریس پخش شوند و جنس های مختلفی دارند. بسته به نوع کاربرد از الیاف مختلف می توان استفاده کرد.

برای مشاهده لیست مدرسین فعال در زمینه تدریس خصوصی کامپوزیت و مواد مرکب بر روی عبارت تدریس خصوصی کامپوزیت کلیک کنید.

جلسه سوم: مواد مرکب زمینه فلزی، مزایا و معایب انواع مواد مرکب، مواد مرکب زمینه سرامیکی، تنش و کرنش در مواد مرکب و کامپوزیت ها، چند لایه ها

مواد مرکب زمینه سرامیکی در جاهایی استفاده می شود که حرارت وجود داشته باشد و یا استحکام خیلی بالایی مورد نیاز باشد. مواد مرکب زمینه پلیمری متداولترین کامپوزیت ها هستند.

جلسه چهارم: روابط تنش و کرنش در اجسام ایزوتروپ، مثال و تمرین برای تسلط بر مبحث، انرژی کرنشی، قانون هوک به صورت کلی و برای انواع مواد مختلف

روابط تنش و کرنش برای مواد ایزوتروپ و همگن راحت تر هستند و برای مواد کامپوزیتی کمی پیچیده تر خواهند بود. در کامپوزیت ها هم می توان این روابط را نوشت و محاسبات را انجام داد.

پیشنهاد می شود مقاله معرفی انواع مواد مرکب (کامپوزیت ها) و الیاف و ماتریس در کامپوزیت را هم بخوانید.

جلسه پنجم: مواد ناهمسانگرد، مواد مونوکلینیک، تعداد ثابتهای مورد نیاز برای مواد مختلف، مواد ارتوتروپیک، مواد همسانگرد عرضی، مواد ایزتروپیک یا همسانگرد

موادی که خواص آنها در جهت های مختلف یکسان نباشد مواد ناهمسانگرد نامیده می شوند. کامپوزیت ها هم جزو مواد ناهمسانگرد به حساب می آیند.

جلسه ششم: فرض تنش صفحه ای، رابطه بین ماتریس های نرمی و سفتی بر حسب ثابت های الاستیک تک لایه، قانون هوک برای تک لایه زاویه دار دو بعدی، تنش در دستگاههای محلی و عمومی

در اکثر مواقع چون کامپوزیتها به صورت صفحات نازکی هستند و بارهای وارد بر آنها هم درون صفحه ای می باشد در نتیجه می توان از فرض تنش صفحه ای برای آنها استفاده نمود.

مطالعه مقاله بازیافت مواد کامپوزیتی، روشهای بازیافت مواد مرکب هم مفید است.

جلسه هفتم: تمرین برای بحث قانون هوک و روابط تنش کرنش در تک لایه ها، فرم نامتغیر ماتریس سفتی و نرمی برای تک لایه زاویه دار

در بحث طراحی کامپوزیت ها و یا اعمال معیارهای شکست و خستگی برای آنها بسیار مهم است که تنش ها به درستی محاسبه شوند. در حقیقت قدم اول همان محاسبه درست تنش ها است.

جلسه هشتم: مواد مرکب چند لایه، کدگذاری و نام گذاری چند لایه ها، چند لایه متقارن، بالانس شده، ضربدری و یا عمود بر هم

با بر روی هم قرار دادن تک لایه ها، چند لایه ها به وجود می آیند. می توان لایه چینی را به صورت دلخواه به گونه ای در نظر گرفت تا خواص مورد نظر طراح ایجاد شود. توانایی ایجاد خواص جهت دار مزیت کامپوزیت ها به نسبت فلزات است.

حتما بخوانید: استفاده از نانوکامپوزیت‌ها در اندازه‌گیری آنتی‌بادی‌های بدن

جلسه نهم: روابط تنش کرنش برای یک لمینت، روابط تنش کرنش برای تیر همسانگرد یک بعدی، معادلات کرنش و جابه جایی، ارتباط تنش و ممان با کرنش و انحنا

همانطور که گفته شد، روابط تنش کرنش برای چند لایه ها از اهمیت بالایی برخوردار است. برای کامپوزیت های متقارن حجم محاسبات کمتر است و کوپلینگ کشش و برش هم وجود ندارد.

جلسه دهم: بررسی مراحل تحلیل یک لمینت مرکب تحت اثر نیروها و ممان های اعمالی و حل مثال و تمرین برای آن، معرفی ماتریس های A، B وD برای کامپوزیت ها

برای تحلیل یک لمینت باید در طی چند مرحله و با استفاده از روابط موجود در مراجع، بارهای خارجی را با تنش های ایجاد شده مرتبط کرد و تنش و کرنش در هر لایه را محاسبه نمود.

مطالعه مقایسه کاربرد فلزات و کامپوزیتها در پره هلی کوپتر (ملخ بالگرد) هم مفید است.

جلسه یازدهم: مدول های درون صفحه ای و خمشی یک لمینت، ثابت های مهندسی یک لمینت درون صفحه ای، مدول موثر درون صفحه ای طولی، عرضی و برشی

در بسیاری از موارد خواص مکانیکی کامپوزیت ها و لمینت ها بر حسب مدولهای درون صفحه ای تعریف می گردد که جمع و جور تر هستند و راحت تر مورد استفاده قرار می گیرند.

جلسه دوازدهم: ضریب پواسون برای لمینتها، ثابت های مهندسی خمشی یک لمینت، ورق های نازک و معادلات حاکم بر آن

برای کامپوزیت ها ضریب پواسون فقط یک عدد نیست و مدول یانگ هم در جهت های مختلف متفاوت است. اما روابطی بین این پارامترها وجود دارد که در اکثر مراجع ذکر شده است.

مطالعه دانلود نمونه سوال امتحانی درس کامپوزیت (مواد مرکب) رشته مهندسی مکانیک هم پیشنهاد می شود.

جلسه سیزدهم: شرایط مرزی ورق های نازک لمینتی برای استخراج معادلات، گیردار، لبه آزاد، تکیه گاه ساده، انرژی کرنشی در ورق های نازک

برای بررسی خیز و تغییر شکل در ورق های نازک کامپوزیتی شرایط مرزی بسیار مهم است و اثر شرایط مرزی در معادلات باید در نظر گرفته شود.

جلسه چهاردهم: خیز در ورق های مستطیل شکل، بررسی حالت خاص ورق های دراز و باریک، استخراج معادلات و بررسی شرایط اعمال آن، چند لایه متقارن در بحث ورق های نازک، چند لایه نامتقارن

علاوه بر بحث تنش و استحکام، خیز در ورق های کامپوزیتی هم مهم است و با معادلات مختلفی مورد بررسی قرار می گیرد. در ورق های دراز و باریک یک حل ساده تر وجود دارد.

جلسه پانزدهم: بررسی ورق های لامینتی تحت بارگذاری عرضی و در حالت حاکم نبودن شرایط ورق نازک، حل مثال، تمرین و مسئله، معیارهای مختلف طراحی کامپوزیت ها

مشابه مواد همگن و ایزوتروپ، برای کامپوزیت ها هم معیارهای طراحی مختلفی وجود دارد. در کتاب های مرجع مانند کتاب هایی که در انتهای این متن معرفی شده است، این معیارها معرفی شده اند.

مطالعه این مقاله هم مفید است: دانلود خلاصه روابط و فرمول های درس کامپوزیت (مواد مرکب)

منابع درس مواد مرکب (کامپوزیت ها):

1- محسن محسنی شکیب، 1389، مکانیک سازه های مرکب، انتشارات دانشگاه امام حسین.

2. A.K. Kaw, 1997 ”Mechanics of Composite Materials” , CRC Press.

3. S.W. Tsai, 1980 “Introduction to Composite Materials”, TECNOMIC publishing Co., Inc.

4. M.W. Hyer, 2008 ” Stress Analysis of Fiber Reinforced Composite Materials” “Destech Pubns Inc.

منبع: ایران مدرس (استفاده از مطالب با ذکر منبع و لینک به ایران مدرس مجاز است)