منصة الرسائل والاطاريح: تشخيص وتحليل الفشل للاوعية المركبة الطبقية المصنعة بواسطة عملية لف الخيوط

الخلاصة

اوعية الضغط المركبة مهمة جدا خفيفة الوزن مهمة جدا في التطبيقات التي تتطلب خفة وزن عالية مثل تطبيقات الفضاء والانشائات والسيارات وانظمة توفير الطاقة الغازية وانظمة توفير الطاقة السائلة التي تعاني من التسرب والانفجار خاصة عندما يتم استخدام اوعية ضغط معدنية. يمكن ان يكون تمزق الوعاء شديد الخطورة اذا لم يتم اكتشاف الشقوق في مرحلة مبكرة, يقترح هذا العمل تحديد الفشل المبكر لأوعية الضغط باستخدام قياس سرعة الموجات الفوق الصوتية وفحص الاشعة السينية المقطعية و تحليل العناصر المحددة. في البداية يتم تصميم وتصنيع جهاز لف الخيوط قادر على لف الالياف بزوايا مختلفة لثلاث أنواع من الياف بنسبة وزنية %57لتقوية أرضية الايبوكسي وهي الياف الكاربون والياف الكفلر والياف الزجاج باتجاهات مختلفة لزوايا اللف وهي ,][±45°₃], [±55°₃ ] [±65°₃و ] [±75°₃بالاضافة الى ثلاث مركبات طبقية متناظرة بتسلسل متناظر ]°[[±45°][±55 𝑠] ]° [±65°] [±75والتي يتم تعريضها الى احمال ضغط داخلي لتحديد قوة الضغط وانماط الفشل الاداء الميكانيكي الميكانيكية مثل الجسائة الحلقية والصلادة تم استخدامها لدراسة تاثير تقوية الالياف و زوايا التوجيه وتسلسل الطبقات. تم بناء نماذج عددية لمحاكاة أوعية الضغط في تطبيقات المركبات وتحديد المناطق الضعيفة التي أظهرت فش الا حيث تم استخدام معيار للفشل فون مايسس تم استخدامه لتقييم قدرة اوعية الضغط على تحمل قيم ضغط مرتفع 57ميجاباسكال حيث يمكن تحقيق ذلك من خلال بناء نموذج يعتمد على تحليل العناصر .ACP ANSYS workbench 17 المحددة باستخدام أظهرت نتائج الكشف عن الفشل مدى فاعلية وإمكانية استخدام تقنية سرعة الموجات فوق الصوتية في الكشف عن مكان الشق لأنواع وأحجام المواد المختلفة ، في حين أن الأشعة المقطعية لديها القدرة على الكشف عن العيوب من النوع والاتجاه والأبعاد بالإضافة إلى توضيح خصائص لف الألياف. كما اظهرت نتائج اختبارات الضغط الداخلي التي تم الحصول عليها تاثيرا قويا لنوع الياف التقوية المستخدمة واتجاهات اللف و تسلسل الطبقات على قوة وعاء الضغط حيث تم تسجيل اقصى ضغط اعلى من 01ميجاباسكال لمركبات الكاربون الطبقية والتي لم تظهر اي فشل.مركبات الكفلر والزجاج اظهرت فشلا حيث كشفت نتائج المجهر الالكتروني الماسح ان وضع الفشل السائد لاوعية الضغط كان فشلا متماسكا. اداء الضغط الداخلي والاجهاد المحيطي اظهرت افضل النتائج هي لمركب الياف كاربون /ايبوكسي مع اتجاه زاوية ] [±55°₃حيث ان اعلى اجهاد محيطي هو لمركبات الياف كاربون /ايبوكسي ومعدل التحسنلضغط الانفجار وإلاجهاد المحيطي مقارنة مع الايبوكسي [ ]٪0330 ، ٪071على التوالي و[، ٪071 ]٪0133.7لمركب الياف الكاربون / الايبوكسي المتناظر. أوضحت نتائج السلوك الميكانيكي تحسناا عند التقوية بالألياف ، وأفضل النتائج هي لمركب الياف الكاربون / ايبوكسي بزاوية لف ] [±45°₃حيث معدل التحسن للصلادة مقارنة مع الايبوكسي [ .]٪7..3من ناحية أخرى ، اظهر مركب الياف زجاج/ ايبوكسي بزاوية لف ] [±55°₃أعلى تحسن للجساءة الحلقية مقارنة مع الايبوكسي [ .]٪058..3كما اظهرت الطبقات المتناظرة تحسناا في الخواص الميكانيكية حيث اظهر مركب الياف الزجاج / ايبوكسي المتناظر أعلى تحسن في الجسائة الحلقية [.]٪3150.3 تُستخدم المحاكاة العددية أي اضا للتنبؤ بسلوك اوعية الضغط المركبة باستخدام معيار فون مايسس حيث أفضل النتائج كانت لمركب الياف الكاربون/ ايبوكسي بزاوية لف ] [±55°₃حيث ان معدل التناقص في التشوه مقارنة مع الايبوكسي [ , ]٪63.58إجهاد فون مايسس مقارنة مع الايبوكسي [ ، [٪73.8وانفعال فون مايسس مقارنة مع الايبوكسي [...]٪63المركبات الطبقية المتناظرة أي اضا اظهرت تحسناا حيث اعلى انخفاض كان لمركب الياف الكاربون / الإيبوكسي المتناظر في التشوه مقارنة مع الايبوكسي [، ]٪.6 إجهاد فون مايسس مقارنة مع الايبوكسي [ ، ]٪57.5وانفعال فون مايسس مقارنة مع الايبوكسي