هدف از این پژوهش، بررسی رفتار میکرومکانیک فریت و مارتنزیت در فولادهای دوفازی بود. بدین منظور یک فولاد کم کربن با ساختار اولیه فریتی-پرلیتی تا80% نورد سرد و آنیل متعاقب در دمای C° 600 به مدت 20دقیقه و کوئنچ در آب شد. مرحله پایانی فرآوری شامل گرمایش تا ناحیه بین بحرانی و نگهداری در دماهای 760، 780، 800 و C° 820 به مدت 10دقیقه و کوئنچ در آب بود. فولادهای دوفازی با کسرهای حجمی فریت و مارتنزیت متفاوت و اندازه دانه های فریت مختلف تولید شد. تغییرات ریزساختاری و ارتباط آنها با تغییرات سختی فازها به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به طیف سنج توزیع انرژی و آزمون نانوفرورونده بررسی شد. مطالعه نانوفرورونده پاسخ سختی فریت و مارتنزیت در ریزساختارهای دوفازی نشان داد که با افزایش دمای آنیل بین بحرانی از 760 به C° 820 متوسط نانو سختی فریت و مارتنزیت به ترتیب از 181 به 281ویکرز افزایش و از 644 به 337ویکرز کاهش می یابد. دماهای آنیل بین بحرانی بالاتر به دانه های فریت ریزتر و سخت تر در ریزساختارهای دوفازی انجامیده است. تغییرات نانوسختی مارتنزیت با دماهای آنیل بین بحرانی به تغییرات محتوای کربن مارتنزیت مرتبط شد. با اعمال قانون مخلوط ها، مقادیر سختی محاسبه شده تطابق خوبی با مقادیر اندازه گیری شده داشت.

این تحقیق به تخمین مدول ارتجاعی موثر بتن پلیمری با استفاده از یک مدل میکرومکانیکی جدید اختصاص داده شده است. توانمندی روابط اینکلوژن معادل در تحقیقات بی شماری به اثبات رسیده است. مدل موری-تاناکا از پرکاربردترین روش همگن سازی برای مواد مرکب دوفازی است. این مدل در حالتی که ناخالصی های درون ماده مرکب دوفازی هم راستا بوده و درصد حجمی آن ها کم تا متوسط باشد، تانسور سفتی را با دقت خوبی تخمین می زند. با این حال زمانی که درصد حجمی ناخالصی بالاست، این مدل قادر به تخمین تانسور سفتی با دقت مناسبی نیست. ضعف عمده مدل موری-تاناکا آن است که، در درصد حجمی های بالا، در مدل اینکلوژن منفرد مرتبط خواص عنصر تقویت کننده هرگز خواص ماتریس را تحت تاثیر قرار نمی دهد. ایده مدل ارائه شده در این تحقیق این است که در درصد حجمی های بالا، در محیط اینکلوژن منفرد مرتبط، فاز ماتریس باید تحت تاثیر خواص فاز تقویت کننده قرار بگیرد. جهت بررسی صحت نتایج این مدل با آزمایش، دوازده نمونه بتن پلیمری با دو ترکیب متفاوت ساخته و آزمایش شد. علاوه بر این از نتایج تحقیقات دیگر نیز جهت بررسی درستی این مدل استفاده گردید. مقایسه نتایج مدل پیشنهادی با نتایج آزمایشی و نتایج تحقیقات دیگران، بر قابلیت این مدل صحه می گذارد.

مدل میکرومکانیکی برای تحلیل شکست مواد مرکب تقویت شده با الیاف تک جهته در بارگذاری عرضی ارائه می شود که علاوه بر مدل سازی رفتار غیرخطی زمینه در اثر بارگذاری بیش از حد تسلیم آن، قابلیت مدل سازی عیوب ناشی از جدایش بین زمینه و الیاف و ترک های زمینه را دارد. میکروساختار مواد مرکب با استفاده از سلول های واحد و با فرض متناوب بودن میکروساختار توصیف می شود که در آن الیاف به صورت منظم یا غیرمنظم توزیع شده است. مدل میکرومکانیک برای تعیین استحکام عرضی مواد مرکب با زمینه آلومینیوم و الیاف کربن استفاده می شود که الیاف با توجه به صلبیت بالای آن ها با مدل الاستیک خطی همسانگرد و زمینه با مدل الاستیک- پلاستیک همسانگرد توصیف می شود. معیار پیدایش عیوب در زمینه بر اساس معیار حداکثر کرنش اصلی و با توجه به میزان کرنش نهایی ماده زمینه توصیف می شود که افزایش تنش اعمالی پس از پیدایش عیب منجر به کاهش سفتی ماده و در نهایت ایجاد ترک در ماده زمینه می شود. اتصال بین زمینه با استفاده از مدل چسبناکی توصیف و پیدایش عیوب در آن با توجه به میزان استحکام محوری و برشی اتصال تعیین می شود. مدل میکرومکانیک برای مطالعه اثر توزیع هندسی الیاف در میکروساختار، درصد حجمی الیاف، اثر استحکام اتصال بین زمینه و الیاف استفاده شده و نواحی ایجاد عیوب و نحوه گسترش آن ها، علاوه بر نمودارهای تنش- کرنش در ماده مرکب تعیین می شود.

استفاده از الیاف بافته شده در ساخت مواد کامپوزیتی، به علت رفتار مکانیکی خاص آن ها گسترش یافته است. با توجه به پیچیدگی مدلسازی و شبیه سازی رفتار مکانیکی این نوع کامپوزیت ها، در این تحقیق یک مدل تحلیلی مبتنی بر میکرومکانیک برای تعیین خواص الاستیک کامپوزیت های با الیاف بافته شده، توسعه داده شده است. این مدل ضمن سادگی، دقت بالایی را در پیش بینی خواص الاستیک ارائه می دهد. یکی از مهمترین عوامل موثر در دقت یک مدل میکرومکانیکی، اتخاذ یک روند همگن سازی مناسب می باشد. بنابراین، یک روش جدید همگن سازی المان حجمی معرف با استفاده از شبیه سازی چند لایه ها برای یک کامپوزیت با الیاف بافته شده توسعه داده شده است. فرایند همگن سازی ارائه شده به صورت همگن سازی چند مقیاسی می باشد. این مدل مبتنی بر تبدیل المان حجمی معرف به تعدادی زیرالمان است، به نحوی که بتوان در هر مرحله ترکیبی از زیرالمان ها را به عنوان یک چندلایه در نظر گرفت. برای تعیین خواص مکانیکی معادل چندلایه ها، به جای فرض کرنش ثابت در کل چندلایه، فرضیات کرنش صفحه ای ثابت و تنش خارج صفحه ای ثابت لحاظ شده است. سپس، برای ارائه مدل نهایی، مدل همگن سازی پیشنهادی با یک مدل میکرومکانیکی ترکیب می شود. استفاده از فرضیات ارائه شده، منجر به بهبود پیش بینی های مدل میکرومکانیکی، بخصوص برای خواص خارج صفحه ای کامپوزیت می شود. کارایی روش همگن سازی ارائه شده با بررسی پنج مثال از منابع مختلف، مورد ارزیابی قرار گرفته و دقت این روش در تعیین خواص کامپوزیت بافته شده نشان داده شده است.

در این پژوهش، مدل سازی چند مقیاسی خواص مکانیکی نانوکامپوزیت هیبریدی، با زمینه اپوکسی و تقویت کننده های نانولوله کربنی تک جداره و نانوذره کربن (الماس)، ارایه شده است. در این مدل سازی، در مقیاس نانو، از روش دینامیک مولکولی و در مقیاس میکرو و ماکرو، با در نظر گرفتن تاثیر فاز میانی، از روابط تحلیلی میکرومکانیک و شبیه سازی المان محدود، به صورت جداگانه، استفاده شده است. انطباق خوبی بین نتایج این دو روش مشاهده شد. نتایج بدست آمده نشان می دهد که استفاده همزمان از نانوتقویت کننده های کربنی نانولوله و نانوذره، نانوکامپوزیت هیبرید، خواص مطلوب تری را به دنبال دارد.

نانو لوله کربن به دلیل خواص مکانیکی فوق العاده اش، استحکام دهنده مناسبی برای استفاده به عنوان تقویت کننده در رزین برای ساخت نانوکامپوزیت می باشد. یکی از این خواص که با استفاده از تقویت کننده نانولوله کربن افزایش می یابد، مدول الاستیک رزین است. با افزودن مقدار ناچیزی نانولوله کربن، مدول الاستیک رزین به مقدار قابل توجهی افزایش می یابد. در این پژوهش مدول الاستیک نانوکامپوزیت از چند روش مدل سازی محاسبه شده است. برخی از این مدل سازی ها توسط روش اجزاء محدود و نرم افزار ANSYS انجام شده است. لذا قسمت بسیار کوچکی از نانوکامپوزیت به عنوان المان سطحی معرف انتخاب شده، تا با محاسبه مدول الاستیک آن، بتوان مدول الاستیک نانوکامپوزیت را محاسبه کرد. مدول الاستیک المان سطحی معرف از 3 روش مختلف مدل سازی اجزاء محدود، میانگین گیری و میکرومکانیک محاسبه شده و نتایج بدست آمده، با نتایج روش آزمایشگاهی دیگر محققین مقایسه شده و مشاهده شد که نتایج با هم تطابق دارند. از آنجا که در بین 3 روش ارائه شده، استفاده از روابط میکرومکانیک ساده تر می باشد، لذا می توان از این روش برای محاسبه مدول الاستیک این نانوکامپوزیت ها استفاده کرد.

برای تحلیل و ارزیابی آسیب پذیری لرزه ای ساختمان های بنایی،‏ تعیین مشخصات اصلی سازه ای دیوارها مانند: سختی،‏ ظرفیت باربری نهایی و … ضروری است. مدل سازی میکرو در یک دیوار آجری به علت نحوه قرار گرفتن آجرها و درزهای افقی و قائم ملات و تعداد زیاد آنها،‏ بسیار مشکل و تقریبا غیرکاربردی است و نیاز به انجام مدل سازی ماکرو می باشد. در مدل سازی ماکرو،‏ یک ماده همگن جایگزین مصالح بنایی می شود. در تحقیق حاضر،‏ یک سری روابط تحلیلی جهت تعیین مشخصات این ماده همگن معادل استخراج شده است. نتایج حاصل از روش پیشنهادی جهت همگن سازی دیوارهای آجری غیرمسلح،‏ در حالات مختلف دیوارهای توپر در بارگذاری داخل صفحه ای با مدل سازی دقیق مقایسه و مشخص شد که دقت مناسبی در برآورد مشخصات خطی دیوار مانند سختی و مشخصات غیرخطی دیوار مانند مقاومت نهایی دارد و در عین حال،‏ باعث سهولت بسیار زیاد در مدل سازی و تحلیل ساختمان های بنایی می شود.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.