Μελέτη των ελαστικών σταθερών ινώδους σύνθετου υλικού με χρήση του πενταφασικού μοντέλου με ενδιάμεση φάση

Abstract

Σε αυτή την διπλωματική εργασία, ένα απλοποιημένο θεωρητικό μοντέλο αναπτύχθηκε για την πρόβλεψη των ελαστικών σταθερών και των λόγων Poisson ενός ινώδους σύνθετου υλικού. Βάσει της μεθόδου αυτής, η οποία και χρησιμοποιήθηκε για την ανάπτυξη του μοντέλου μας, θεωρείται ότι ένας κύριος παράγοντας που επηρεάζει την μηχανική συμπεριφορά του σύνθετου υλικού είναι η ύπαρξη ενδιάμεσης φάσης μεταξύ του εγκλείσματος και της μήτρας, η οποία και έχει διαφορετικές φυσικοχημικές ιδιότητες σε σχέση με τις άλλες φάσεις που αποτελούν το υλικό. Ωστόσο, για να εκτιμηθούν οι σταθερές του σύνθετου υλικού συνολικά, έγινε προσπάθεια να καθοριστεί η μεταβολή των μηχανικών ιδιοτήτων της ενδιάμεσης φάσης λαμβάνοντας υπόψη κάποια παραβολική μεταβολή. Αυτή η μεταβολή εφαρμόστηκε σε πενταφασικό αντιπροσωπευτικό στοιχείο-ελέγχου ενός ινώδους σύνθετου υλικού και έγινε σύγκριση με διάφορα θεωρητικά μοντέλα άλλων ερευνητών καθώς και με πειραματικά δεδομένα της βιβλιογραφίας. Εκτός από τα παραπάνω, που είναι και ο κύριος πυρήνας αυτής της διπλωματικής εργασίας, παρατίθενται πολλά θεωρητικά στοιχεία για τα σύνθετα υλικά, γενικότερα όπως επίσης και πολλές εικόνες, διαγράμματα και πίνακες που κάνουν την όλη προσπάθεια πιο κατανοητή στον ερευνητή-αναγνώστη.

In this thesis, a simplified theoretical model has been developed for the prediction of elastic moduli and Poisson’s ratio in fiber-reinforced composites. The method that has been used for the development of our model, considers that a main fact affecting the mechanical behavior of composite materials, is the existence of the mesophase layer, between fiber and matrix, which possesses different physic-chemical properties than those of the constituent phases. In order to evaluate the overall moduli of the composite, we try to determine the variation of the mechanical properties of the mesophase layer, taking into account a parabolic law of variation. This law of variation has been applied to a 5-phases representative volume element of the fiber reinforced composite and is compared favorably with other researchers theoretical models as well as with respective experimental data existing in literature. Apart from these, which are the main core of this thesis, they are cited plenty of theoretical data about the composite materials in general as well as many pictures, diagrams and charts that make the whole effort more comprehensible for the researcher-reader.