مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

ارائه روشی جدید برای محاسبه تجربی نرخ رهاسازی انرژی کرنشی مود اول شکست در تیر یک‌سرگیردار دولبه ناهمجنس

نویسندگان
1 عضو هیات علمی گروه مکانیک/دانشگاه صنعتی قوچان
2 استادیار- گروه مهندسی مکانیک-دانشکده مهندسی-دانشگاه صنعتی قوچان-قوچان-ایران
3 دانشگاه صنعتی قوچان-قوچان-ایران
چکیده
در برخی خطوط حاوی سیالات خورنده دما بالا، لوله‌‌های دو لایه شامل لایه ساختاری کامپوزیت پلیمری گرماسخت و لایه آستری گرمانرم تنها راه حل عملی هستند. بررسی مقاومت اتصال کامپوزیت گرماسخت به آستری گرمانرم، در این خطوط اهمیت فراوانی دارد. محاسبه نرخ رهاسازی انرژی کرنشی مود اول شکست، معیار مهمی در بررسی مقاومت اتصال و پیش‌بینی خرابی این نوع لوله‌ها می‌باشد. استاندارد تست تجربی نرخ رهاسازی انرژی کرنشی برای نمونه‌های تیر یک‌سرگیردار متقارن، ASTM-D5528 می‌باشد. در این پژوهش، رابطه کلی محاسبه ضخامت لایه‌ها برای هر نوع تیر یک‌سرگیردار دولبه ناهمجنس، با استفاده از تئوری کلاسیک چندلایه‌ها برای اولین بار، ارائه شده است. برای بررسی دقت این رابطه، نمونه‌هایی از دو جنس‌ و دارای ضخامت‌‌های متفاوت، جهت تست تجربی ساخته شده‌اند. جنس نیمه بالایی، کامپوزیت ساخته شده از الیاف شیشه تک‌جهته و رزین وینیل‌استر، نیمه پایینی، پلی وینیل کلراید سخت و فصل مشترک دو لایه، دو نوع پرایمر مختلف بر پایه رزین اپوکسی و وینیل‌استر می‌باشد. جنس نمونه‌های ساخته شده در این پژوهش بر مبنای نمونه‌های عملی مورد استفاده در بسیاری از خطوط انتقال مواد شیمیایی در واحدهای کلرآلکالی در سطح کشور نظیر واحدهای پتروشیمی اروند می‌باشد. این امر بدین علت است که نتایج حاصل از پژوهش جاری بتواند راهگشای سازندگان تجهیزات این خطوط باشد. برای راستی آزمایی رابطه ارائه شده، مدل‌سازی اجزای محدود با روش بستن مجازی ترک دو مرحله‌ای صورت گرفته است. همخوانی عالی نتایج عددی و تجربی، بیانگر کارایی و دقت رابطه پیشنهادی می‌باشد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

A Novel procedure for experimental determination of Mode I strain energy release rate in unlike double cantilever beam

نویسندگان English

Sattar Maleki 1
Atieh Andakhshideh 2
Mehdi Malaeen 3
1 Ph.D. Assistant Professor.Department of Mechanical Engineering, Quchan University of technology, Quchan, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Quchan University of technology, Quchan, Iran
3 Quchan University of technology, Quchan, Iran
چکیده English

Dual laminate pipes made of thermoset polymer composite structure and thermoplastic liner are the only alternative in pipelines conveying high temperature corrosive fluids. Investigating the bonding between thermoset composite and thermoplastic liner is very important in these pipelines. Calculating the strain energy release rate of first mode of failure is very important criteria in bonding strength and failure of doulas pips. ASTM-D5528 is the standard for experimental test procedure of strain energy release rate of symmetric double cantilever beam. In this study, using the classical laminates theory, the general equation for determination the laminates thicknesses in unlike double cantilever beam is presented, for the first time. To study the validity of the equation, in unlike double cantilever beam samples consists of laminates with different thicknesses are manufactured for the experimental tests. Upper, lower and bonding regions consist of composite made of unidirectional fiberglass/Vinylester resin, PVCU and epoxy or Vinylester primers, respectively. The samples of this study are manufactured base on the practical case studies of chemical fluid pipelines with chlor-alkali process like Arvand Petrochemical units. The main aim of this work is to help manufacturers of these unites equipment to have practical guideline. To qualify the efficiency of the proposed equation, finite element simulation base on the virtual crack closure technique is presented. Good agreement is achieved in comparing the numerical and experimental results that shows the efficiency and accuracy of the proposed equation.

کلیدواژه‌ها English

Strain Energy Release Rate
First mode of failureI
Unlike double cantilever beam
Thermoplastic liner
[1] M. M. Ansari, A. Chakrabarti and M. Iqbal, "An experimental and finite element investigation of the ballistic performance of laminated GFRP composite target," Composites Part B, Vol. 125, pp. 211-226, 2017.
[2] S. Job, "Recycling glass fibre reinforced composites – history and progress," Reinforced Plastics, Vol. 57, Issue 5, pp. 19-23, 2013.
[3] T. Song, Y. Li, J. Song, Z. Zhang, Airworthiness considerations of supply chain management from Boeing 787 Dreamliner battery issue, Procedia Engineering, Vol. 80, pp. 628-637, 2014.
[4] M. Roseman, R. Martin, G. Morgan, Marine Applications of Advanced Fibre-Reinforced Composites, Hitchin: Woodhead Publishing, pp. 233-257, 2016.
[5] Y. Fouad, M. El-Meniawi, A. Afifi, Erosion behaviour of epoxy based unidirectionl (GFRP) composite materials, Alexandria Engineering Journal, Vol. 50, pp. 29-34, 2011.
[6] R. Rafiee, On the mechanical performance of glass-fibre reinforced thermosetting-resin pipes: A review, Composite Structures, Vol. 143, pp. 151-164, 2016.
[7] ZCL, ZCL Dualam Inc, 2017. Available: https:// www.zcl.com /en/.
[8] S. Rush, Dual Laminate Fabrication Association, DLFA, 2017. Available: http://www.compositesworld.com/ articles/ inside manufacturing-dual-laminate-pipe-comes-of-age.
[9] R. Krueger, Virtual crack closure technique: History, approach, and applications, National Institute of Aerospace, Vol. 57, NO. 2, pp. 35, 2004.
[10] V. Mollon, J. Bonhomme, J. Vina, A. Arguelles, Mixed mode fracture toughness: An empirical formulation for GΙ/GΙΙ determination in asymmetric DCB specimens, Engineering Structures, Vol. 32, pp. 3699-3703, 2010.
[11] V. Sundararaman, B. Davidson, An Unsymmetric Double Cantilever Beam test for Interfacial Fracture Toughness Determination, Int. J. Solid Structures, Vol. 34, pp. 799-817, 1997.
[12] Y.J. Guo, Y. Weitsman, A modified DCB specimen to determine mixed mode fracture toughness of adhesives, Engineering Fracture Mechanics, Vol. 68, pp. 1647-1668, 2001.
[13] S.A. Brown, L. Tong, A localised experimental–numerical technique for determining mixed mode strain energy release rates, Composire Structures, Vol. 94, pp. 132-142, 2011.
[14] ASTM, D5528-01: Standard test method for mode I interlaminar fracture toughness of unidirectional fiber-reinforced polymer matrix composites, American Standard of Testing Methods, Vol. 03,pp. 1-14, 2014.
[15] M. Hyer, Stress Analysis of Fiber-Reinforced Composite Materials, Virginia: McGRAW-HILL, 1998.
[16] ASTM, D3039/D3039M: Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials, ASTM International, Vol. 07, pp. 1-13, 2007.
[17] ASTM, D 638: Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics, ASTM International, Vol. 14, pp. 1-17, 2014.
[18] ASTM, D 2584: Standard Test Method for Ignition Loss of Cured Reinforced Resins, ASTM International, Vol. 08, pp. 1-3, 2008.