منصة الرسائل والاطاريح: دراسة عددية وعملية للهياكل الهرمية للمواد المركبة الطباقية

الخلاصة

اكتسبت الهياكل الطباقية (الساندويتشية) اهتماما كبيرا في التطبيقات الهندسية المتقدمة نضرا لامتلاكها مقاومة النوعية العالية, الجساءة, والقدرة على امتصاص الطاقة, من بين الاشكال المختلفة، برزت الهياكل الشبكية الهرمية كمركبات مؤهلة للتوسع والتطور بسبب شكلها الهندسي الفريد، الذي يعزز الخواص الميكانيكية مقارنة مع قلة الوزن. وتتكون الهياكل الساندويشية من صفائح علوية وسفلية نحيفة مفصولة بمثبتات سميكة وطبقة لاصقة، مما يساعد على تكوين رابطة قوية بين الصفائح والمثبتات وتوزيع الأحمال الميكانيكية بينهما. تركز هذه الدراسة على تصميم وتصنيع الهياكل الهرمية وتأثير تغيير التصميم على خصائص التركيب ,كما تم دراسة تأثير تغيير عدد طبقات التقوية بمادة الياف الكربون على جساءة التركيب . تم استخدام تصميمين هرميين مختلفين بعدد المثبتات والابعاد في تصنيع لوحة الهرم الطباقي بحجم ثابت من هيكل الساندويتش لغرض إجراء مقارنة منطقية بين الشكليين الهندسيين . الشكل الهندسي الأول يتكون من دعامتين بالاتجاه الطولي وخمسة بالاتجاه العرضي ، والثاني يحتوي على دعامتين بالاتجاه الطولي وثلاث بالاتجاه العرضي. المادة المتراكبة المستخدمة للصفيحتين الخارجية من الساندويش في هذه الدراسة تحتوي على طبقات من ألياف الكربون المتقاطعة(cross-ply) كمواد معززة مع الإيبوكسي. المادة الرئيسية المستخدمة في القلب هي الإيبوكسي ، الإيبوكسي مع الجرافيت، في حين تم استخدام الإيبوكسي نفسه كمادة لاصقة. تم اجراء اختبار الانحناء ثلاثي النقاط الذي يعتبر من أهم الاختبارات، للتحقق من جساءة هذا الشكل الهرمي ، كما تم إجراء اختبارات الصدمة والشد للوحة الساندويتش (skin) بعدد مختلف من طبقات الكربون. أظهرت النتائج أن الاختلاف في التصميم الأساسي والمواد الأساسية وعدد الطبقات له تأثير كبير على خصائص الانحناء للهيكل الهرمي. وان التصميم الثاني لديه قدرة على تحمل أقصى حمل ما يقارب (3.9 كيلو نيوتن)؛ وتزداد هذه القيمة بزيادة عدد طبقات التعزيز للصفائح. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت النتائج أنه عند استخدام الايبوكسي (بدون حشوة تقوية) لمركز الهيكل الساندويشي ، فإن الساندويش سوف يتحمل حمل اعلى ويكون لديه أعلى قوة مقارنة عند استخدام الايبوكسي مع الجرافيت كمادة حشو(تقوية). كما أظهرت النتائج أن التصميم الثاني يتمتع بأعلى جساءة حوالي (88.3MPa) وكثافة نسبية أقل (0.16) مقارنة بالتصميم الأول الذي تبلغ صلابته القصوى 39MPa والكثافة النسبية 0.28. يعني انه بزيادة عدد طبقات الصفائح بألياف الكربون فأن حجم الصلابة سيزداد او يتضاعف. تم استخدام برنامج المحاكاة ANSYS 16.0 لتصميم الاشكال الهندسية المستخدمة بالجزء العملي (للساندويش ذو المركز الهرمي). كما تمت دراسة هذا التركيب الهرمي لمقاومة الانحناء عددياً لتحديد التصميم الأمثل من بين الشكلين المصممين. أظهرت النتائج أن التصميم الثاني يتمتع بأفضل خصائص سلوك الانحناء حيث أنه يمتلك أقل تشوه وأقل Von-Mises (معيار فشل) مايقارب 201.51MPa مقارنة مع التصميم الأول 414.08 MPa, حيث انه هناك توافق جيد بين النتائج العددية والتجريبية من ناحية التصميم الافضل . .